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2022-05-06
英文标题:
《A GDP-driven model for the binary and weighted structure of the
  International Trade Network》
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作者:
Assaf Almog, Tiziano Squartini, Diego Garlaschelli
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最新提交年份:
2014
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英文摘要:
  Recent events such as the global financial crisis have renewed the interest in the topic of economic networks. One of the main channels of shock propagation among countries is the International Trade Network (ITN). Two important models for the ITN structure, the classical gravity model of trade (more popular among economists) and the fitness model (more popular among networks scientists), are both limited to the characterization of only one representation of the ITN. The gravity model satisfactorily predicts the volume of trade between connected countries, but cannot reproduce the observed missing links (i.e. the topology). On the other hand, the fitness model can successfully replicate the topology of the ITN, but cannot predict the volumes. This paper tries to make an important step forward in the unification of those two frameworks, by proposing a new GDP-driven model which can simultaneously reproduce the binary and the weighted properties of the ITN. Specifically, we adopt a maximum-entropy approach where both the degree and the strength of each node is preserved. We then identify strong nonlinear relationships between the GDP and the parameters of the model. This ultimately results in a weighted generalization of the fitness model of trade, where the GDP plays the role of a `macroeconomic fitness\' shaping the binary and the weighted structure of the ITN simultaneously. Our model mathematically highlights an important asymmetry in the role of binary and weighted network properties, namely the fact that binary properties can be inferred without the knowledge of weighted ones, while the opposite is not true.
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中文摘要:
最近发生的全球金融危机等事件重新激发了人们对经济网络话题的兴趣。国家间冲击传播的主要渠道之一是国际贸易网络(ITN)。ITN结构的两个重要模型,经典的贸易引力模型(在经济学家中更受欢迎)和适应度模型(在网络科学家中更受欢迎),都仅限于描述ITN的一个代表。引力模型令人满意地预测了相连国家之间的贸易量,但无法重现观察到的缺失环节(即拓扑结构)。另一方面,适应度模型可以成功地复制ITN的拓扑结构,但无法预测容量。本文试图在统一这两个框架方面迈出重要一步,提出了一个新的GDP驱动模型,该模型可以同时重现ITN的二元和加权特性。具体来说,我们采用了最大熵方法,其中每个节点的度和强度都保持不变。然后,我们确定了GDP与模型参数之间的强非线性关系。这最终导致贸易适应度模型的加权推广,其中GDP扮演着“宏观经济适应度”的角色,同时塑造了ITN的二元结构和加权结构。我们的模型在数学上强调了二元和加权网络性质的一个重要不对称性,即二元性质可以在不了解加权性质的情况下推断,而反之则不成立。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:General Finance        一般财务
分类描述:Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Physics and Society        物理学与社会
分类描述:Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体(人类或其他)的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统(如能源网、运输网络)的物理和工程。
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2022-5-6 23:06:30
国际贸易网络二元结构和加权结构的GDP驱动模型阿萨夫·阿尔莫吉努特·洛伦茨理论物理研究所,莱顿大学莱顿物理研究所,尼尔斯·博赫韦格2233 CA莱顿(荷兰)蒂齐亚诺·斯夸蒂尼萨皮恩扎罗马大学,P.le Aldo Moro 500185罗马(意大利)和洛伦茨理论物理研究所,莱顿物理研究所,莱顿大学尼尔斯·博赫韦格2233加州莱顿(荷兰)迭戈·加拉舍利洛伦兹理论物理研究所莱顿大学尼尔斯·博赫韦格2233加州莱顿(荷兰)(日期:2018年10月2日)莱顿大学莱顿物理研究所迭戈·加拉舍利洛伦茨理论物理研究所全球金融危机等近期事件重新引起了人们对经济网络话题的兴趣。国际贸易网络(ITN)是国家间冲击传播的主要渠道之一。ITN结构的两个重要模型,经典的贸易引力模型(在经济学家中更受欢迎)和适应性模型(在网络科学家中更受欢迎),都仅限于描述ITN的一个代表。引力模型令人满意地预测了相关国家之间的贸易量,但无法重现观测到的缺失环节(即拓扑结构)。另一方面,能力模型可以成功地重现ITN的拓扑结构,但无法预测容量。本文试图通过提出一个新的GDP驱动模型,同时重现ITN的二进制和加权特性,在这两个框架的统一方面向前迈出重要一步。具体而言,我们采用最大熵方法,其中每个节点的度和强度都保持不变。然后,我们确定GDP和模型参数之间的强非线性关系。
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2022-5-6 23:06:34
这最终导致了贸易能力模型的加权推广,其中GDP扮演着“宏观经济能力”的角色,同时塑造了ITN的二元结构和加权结构。我们的模型在数学上强调了二元和加权网络属性的重要对称性,即二元属性可以在不了解加权属性的情况下推断,而反之则不成立。一、导言2008年金融危机后,人们越来越清楚地认识到,更好地理解网络化世界经济的机制和动力至关重要[1]。在国家间可能的互动渠道中,国际贸易起着重要作用[2-4]。综合起来,全球贸易关系可以解释为一个复杂网络的连接,即国际贸易网络(ITN)[5-20],其理解和建模是宏观经济学的传统目标之一。非零贸易流量的标准模型是所谓的贸易“引力模型”,根据对两国国内生产总值(GDP)和相互地理距离(D)的了解来推断两国之间的双边贸易量[21–25]。引力模型以最简单的形式预测,i国和j国之间的贸易量为Fij=αGDPβi·GDPβjDγij。(1) 请注意,上面的表达,以及本文的其余部分,主要关注网络的无向性。在这种表述中,从i国到j国的贸易和从j国到i国的贸易被合并在一起。鉴于ITN的高度对称结构,这种简化保留了系统的所有基本网络属性[7、15、16、26–28]。在最简单的形式中,重力模型基于在所有连接国家对之间观察到的非零权重。
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2022-5-6 23:06:37
这意味着,只有在建立了贸易关系之后,该模型才能预测特定的贸易量[24]。这种固有的局限性令人担忧,因为ITN中几乎一半的链接缺失[6,15–17]。虽然已经提出了一些标准重力模型的改进和推广来克服这个问题(参见[24,25]中的优秀评论),但到目前为止,没有一个成功地同时产生了观测到的复杂拓扑和观测到的体积。此外,各种尝试都不是在一个独特的理论框架下构想的,因此是基于不同机制的组合(例如,一个用于建立贸易关系,另一个用于确定其强度)。总的来说,仅通过一种机制成功预测贸易概率和贸易量的挑战是一个悬而未决的问题。在过去的几年里,通过网络模型[6,7,9,18]以及更间接地利用最大熵技术从部分信息重建网络[15-17,29-32],人们广泛地探讨了复制ITN的观测结构的问题。这些研究既关注纯粹的二元结构(由世界各国之间存在的贸易往来明确定义)[6,7,9,15,31],也关注加权结构(考虑到这些相互作用的大小)[16-18]。显而易见的是,网络的拓扑属性和加权属性都与控制双边贸易量的纯宏观经济属性(特别是GDP)密切相关[2,3,5-7,9-14,18]。然而,也有人澄清,虽然对学位序列的了解(即。
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2022-5-6 23:06:40
每个国家的贸易伙伴数量)可以非常准确地推断网络的整体二元结构[15,17],对强度序列(即每个国家的总贸易量)的了解对所有网络属性的预测非常差[16,17]。事实上,仅从强度序列推断出的网络具有一个平凡的拓扑结构,其密度更大(如果假设整数链接权重[16]),甚至完全连通(如果假设连续权重[18]),并且在任何情况下都比经验网络均匀得多。这种局限性导致了重力模型的主要缺点。事实上,已经证明,重力模型的简化版本(β=1和γ=0)可以恢复为给定强度序列(和连续链接权重)的最大熵模型的特例[18]。综合起来,ITN二元表示的程度序列的高信息性和加权表示的强度序列的低信息性与天真的预期相矛盾,即一旦在国家一级进行汇总,加权结构属性(强度)本身的信息量比纯二元属性(度)更大。对于同时预测链路概率和链路权重的唯一机制的发现,这一难题引起了人们的进一步兴趣。作为朝着这个方向迈出的一步,最近提出了一种基于分析最大似然估计方法[34]的改进重建方法[33],以构建更复杂的加权网络最大熵集合。这种方法基于之前的数学结果[35],描述了度和强度序列都受到约束的网络集合。
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2022-5-6 23:06:43
图概率被称为广义Bose-Fermi分布[35],由此产生的网络模型被命名为增强配置模型(ECM)[33]。当用于重构多个经验网络的属性时,ECM表明,相对于仅度序列(二进制配置模型,简称BCM)或仅强度序列(加权配置模型,简称WCM)受到约束的情况,ECM有显著改进。因此,人们认为,要想从纯粹的本地信息成功复制ITN,将优势和学位知识结合起来正是所需的要素。事实上,最近的一项研究显示,kkn,Xknn\\0.60.70.80.91.01.1kc,Xc\\FIG.1。比较观察到的无向二元特性(红点)和2002年快照中聚合ITN的BCM(蓝点)的相应集合平均值。左面板:平均最近邻度KNN与度ki。右面板:二元聚类系数与度ki。当应用于国际贸易数据(包括聚合数据和商品特定数据)时,该方法成功地在不同年份和不同聚合水平(即不同商品特定层)产生了ITN的关键属性[36]。然而,ECM本身是一种网络重建方法,而不是网络形成的真实模型。为了将其转化为ITN结构的适当网络模型,有必要对该方法涉及的基本变量进行宏观经济解释。
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