基于复杂网络理论的多属性权值能源贸易网络同步模型的构建

    刘一笑　郝慧芳　王雅　庄梦月　秦红霞

    摘要：文章构建了一个具有多重权值的能源贸易网络模型，用意模拟全球能源贸易。依据网络分割原理，将多权值的能源贸易网络划分成多个具有单权值的子网络。基于LaSalle 不变性原理，对具有多重权值的能源贸易网络的函数投影同步问题进行分析，给出了能源贸易网络实现同步的条件，为规避能源贸易风险提供了一种有效的方法。

    关键词：复杂网络；能源贸易；网络同步；多属性权值

    一、引言

    同步是广泛存在于自然中的一类重要的非线性现象。1680 年，荷兰旅行家Kempfer 在泰旅行时观察到了萤火虫同步发光这一奇特现象。有些同步是不利的，比如，2000 年，伦敦的千年桥落成，当时成千上万的人们涌上大桥，共振使得桥体振动所引起的偏差接近20 厘米，引发了桥上人们的恐慌，大桥不得不临时关闭。在过去很长一段时间，人们观察到了各种同步现象，但却不理解同步的内在机制。复杂网络则作为载体展示出了各种各样的网络同步。全球能源贸易网络作为一个复杂网络系统，实现供应端（即驱动网络）与需求端（即响应网络）的同步对一个国家保障能源安全具有重要的意义。

    在现有文献中，绝大多数的研究集中在对于能源贸易的无权网络或单权值的网络的同步进行研究，具有多重权值的能源贸易网络同步却很少被关注。然而在实际生活中，全球能源贸易系统是一个具有多重权值的复杂网络，网络连边的权重是由多种不同性质的权值所构成。例如，一个国家作为一个网络节点，两个国家之间有能源贸易流通，认为这两个节点之间存在一条连边，在这样一个能源贸易网络中，存在多种运输方式，如铁路、水路、货车等。如果将操作不同运输工具的输送数量作为权值，则上述网络中存在几种不同的权值。相对于单个权值的能源贸易网络，具有多个属性权值的能源贸易网络的拓扑结构与动力学特性将会更加丰富，也更能够描述能源输送过程的性质。

    二、基于复杂网络理论的能源贸易网络同步模型的建立

    （一）模型描述

    根据LaSalle不变性原理可得

    ||ei（t）||=0，1≤i≤N

    于是系统（1）和（2）在（4）式的作用下趋于同步。

    定理得证。

    当比例因子λ（t）为常数时，称能源贸易系统供应端（1）与需求端（2）实现贸易同步。

    三、结语

    能源安全是每个国家都极度关注的问题。近年来全球经济的动荡与不稳定进一步加剧了能源贸易的风险。由于能源价格的波动以及各种政治经济因素，我国能源供需面临着极大的威胁。全球能源贸易网络供应与需求的同步有利于限制产能过剩，减少贸易价格波动，增加能源贸易的稳定性。本文建立的模型为决策制定者提供了一种有效的方法，通过建立同步的贸易网络，决策制定者可以规避贸易风险，完善能源安全战略。

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    （作者单位：江苏大学）