（地图学与地理信息系统专业论文）复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究.pdf

中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的戍用研究 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 专业：地图学与地理信息系统 硕士生：孙国强 导师：张青年副教授 摘要 竞争产生效益，合作有利于实现规模效益。区域旅游业竞争经历了以下几个 阶段：景点竞争、线路竞争、城市竞争，目前进入了区域之间的竞争。随着区域 经济一体化的加强，彼此相邻的城市为了实现共赢，逐步由竞争关系转向合作。 网络作为一门科学是从e u l e r 开创图论学算起的。2 0 世纪中叶由s o l o m o n o f f 和r a p o p o r t 以及e r d s s 和r 6 n y i 引入随机图论，使网络研究得到了重要的发展。 然而影响深远的进展则是自从1 9 9 9 年b a r a b d s ial 和a l b e r tr 发现真实网络 的无标度性质以来兴起的关于复杂网络课题的研究热潮。基本的网络拓扑模型包 括规则网络、随机图以及复杂网络。复杂网络是节点按照某种组织原则方式联结、 演化成的网络，是对复杂系统的一种抽象。复杂网络性质的研究对于理解复杂系 统的结构和行为至关重要。复杂网络研究已经渗透到了数理学科、生命学科和工 程学科等众多不同的领域，对复杂网络的定量与定性特征的科学理解，已成为科 学研究中一个极其重要的挑战性课题。 本文以北京，上海，广州这3 个国内特大城市为代表作为研究区域旅游合作 网络的对象，收集这三个城市的周边区域旅行线路数据，把旅行线路中的旅游景 点抽象为节点，把连接两两旅游景点的线路抽象为边，构造这三个城市各自的区 域旅游线路网络。通过计算网络的参数，对比分析三个网络的复杂网络性质，总 结区域旅游合作网络的一些特征。 关键词：区域旅游合作网络，复杂网络，网络参数，数据处理，p a j e k 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 t h e a p p l i c a t i o nr e s e a r c h o fc o m p l e x n e t w o r k si nr e g i o n a lt o u r i s m _ l- c o o p e r a t i o ns y s t e m m a jo r ：c a r t o l o g y & g i s a u t h o r ：s u ng u o q i a n g 一一 s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f z h a n gq i n g n i a n a b s t r a c t i ti st h ec o m p e t i t i o nt h a ti se a s yt oc r e a t ep r o f i t sa n dc o o p e r a t i o nc o u l da c h i e v e s c a l ep r o f i t t h ef o l l o w i n gs t e p sa r ee x p e r i e n c e db yt h er e g i o n a lt o u r i s mi n d u s t r y , s i g h t sc o m p e t i t i o n , t o u r i s mr o u t ec o m p e t i t i o n , u r b a nc o m p e t i t i o n ，a n dt h er e g i o n a l c o m p e t i t i o nc u r r e n t l y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr e g i o n a li n t e g r a t i v e n e s s ，i no r d e rt o a c h i e v ew i n - w i n ，t h en e i g h b o r i n gc i t i e sc h a n g e dt h ec o m p e t i t i o nt oc o o p e r a t i o n t h er e s e a r c ho nn e t w o r k sb e c a m ea no l o g ys i n c eg r a p ht h e o r yf o u n d e do n e u l e r sw o r k s i nt h em i d d l ep e r i o do f2 0 t hc e n t u r y , i tg o ta ni m p o r t a n td e v e l o p m e n t w i t ht h ei n t r o d u c t i o no fr a n d o mg r a p h sb ys o l o m o n o f fr a p o p o r te r d 6 sa n dr 6 n y i b u tt h ed e e p e s ti m p a c tu p o nt h er e s e a r c ho fn e t w o r k sc a m ef r o mt h ed i s c o v e r yo f s c a l e - f r e en e t w o r kw h i c h d r a w sal o to fa t t e n t i o n so nt h ec o m p l e xn e t w o r ks t u d y t h e b a s i ct o p o l o g i c a ls t r u c t u r em o d e lo nt h en e t w o r ki sd i v i d e di n t or e g u l a rn e t w o r k , r a n d o mn e t w o r ka n dc o m p l e xn e t w o r k t h ec o m p l e xn e t w o r kw h i c hi sa b s t r a c tf r o m t h ec o m p l e xs y s t e m si no u rr e a lw o r l di s o r g a n i z e da n dd e v e l o p e di n c e r t a i n d i s c i p l i n e s t h es t u d yo nc o m p l e xn e t w o r kp r o p e r t i e si si nf a v o ro fc o m p r e h e n d i n g t h es t r u c t u r ea n db e h a v i o ro fc o m p l e xs y s t e m s ，t h eq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v e c o m p r e h e n d i n go nc o m p l e xn e t w o r ki sn o wb e c o m i n gac h a l l e n g i n gt a s ki nc o m p l e x n e t w o r kr e s e a r c hw h i c hh a sb e e np l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nd i f f e r e n tt e r r i t o r i e ss u c h a sm a t h e m a t i c ss u b j e c t s ，l i f es c i e n c ea n de n g i n e e r i n g u 中山大学硕十论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 i nt h i sp a p e r , b e i j i n g ，s h a n g h a i , g u a n g z h o ut h e s et h r e el a r g e s tc i t i e si no u r c o u n t r y , r e p r e s e n t e da st h er e s e a r c ho b j e c to fr e g i o n a lt o u r i s mc o o p e r a t i o ns y s t e m c o l l e c tt h et h r e ec i t i e s s u r r o u n d i n ga r e a so ft h et r a v e lr o u t ed a t af i r s t l y , t h et o u r i s t a t t r a c t i o n so ft h et r a v e lr o u t ea r ea b s t r a c t l yt a k e nf o rt h en o d e ，t h ee d g e so ft h e c o n n e c t i o no ft w ot o u r i s ta t t r a c t i o n sa r ea b s t r a c t l yt a k e nf o rt h el i n e s ，t h e nc o n s t r u c t t h e s et h r e e c r i e s r e s p e c t i v er e g i o n a l t o u r i s ml i n en e t w o r k b yc a l c u l a t i n gt h e n e t w o r k s p a r a m e t e r s , c o m p a r a t i v ea n a l y s i s i n gt h r e en e t w o r k s c o m p l e xn e t w o r k p r o p e r t i e s ，s a mu pan u m b e ro fc h a r a c t e r i s t i c so ft h er e g i o n a lt o u r i s mc o o p e r a t i o n s y s t e m k e yw o r d s ：r e g i o n a lt o u r i s mc o o p e r a t i o ns y s t e m ，c o m p l e xn e t w o r k , n e t w o r k p r o p e r t i e s ，d a t ap r o c e s s i n g ，p a j e k m 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 论文原创性声明内容： 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：孙国致 日期：知。c 年6 月鼋日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复 制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：承旧骇 日期：劭o c 7 年6 月翟日 导师签名：旺辑 日期：如c j 7 年f 月驴日 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 第一章绪论 1 1 区域旅游合作发展的背景 1 1 1 区域经济一体化 区域经济一体化是指两个或两个以上的国家或地区，通过协商并缔结经济条 约或协议，实施统一的经济政策和措施，消除商品、要素、金融等市场的人为分 割和限制，以区域分工为基础来提高经济效率和获得更大经济效果，把各国或各 地区的经济融合起来形成一个区域性经济联合体的过程。当前世界范围内区域经 r 1 济一体化组织有1 0 0 多个，其中2 0 多个是2 0 世纪9 0 年代以后建立的。我国 与周边国家建立的经济合作组织就属于区域一体化组织，如上海合作组织，东盟 “1 0 + 3 合作组织，国内也相应的出现了许多协作组织。区域经济合作组织的建 立有利于降低贸易成本，促进区域内经济发展和区域经济整体实力的增强。在区 域经济一体化的背景下，区域之间的旅游业发展也应走合作发展的道路，以实现 区域旅游发展的规模效益。 1 1 2 旅游业的竞争日益激烈 随着经济的发展，旅游从过去的奢侈性消费品，逐步演变为人们生活的一部 分，据统计2 0 0 8 年国内旅游人次达1 7 亿人次瞄。，平均每人都至少可以出游一次。 旅游己经逐步普及。面对如此巨大的消费市场，我国国内已经有2 0 多个省将旅 游业作为重点或支持产业。，这说明国内旅游业竞争变得越来越激烈，旅游地之 间的竞争必将引起市场的再分配。区位相近，资源类型相同，以及市场定位相近 的区域或城市市场竞争必然激烈。为此，许多区位相近的城市都根据自身的优劣 势建立了区域协作组织，如环渤海旅游经济圈，长三角旅游圈，以及珠江三角洲 旅游区等。这些城市旅游圈的建立是在区域经济一体化的背景下产生的。旅游业 的竞争发展环境变得同益复杂，区位彼此相邻的城市通过合作来实现“共赢”已 经成为旅游业发展的趋势。 中山大学硕士论文 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 1 1 3 新时期旅游需求市场出现新的变化 随着经济发展和人们生活水平的提高，旅游市场出现了新的变化，直接影响 着旅游业的发展。这些新的市场变化表现在以下几个方面：第一，市场需求由单 一化走向多样化。在旅游业发展的初期，人们的旅游需求主要是以观光为主，随 着人们消费水平的提高，观光旅游产品已经无法满足市场需求。旅游需求开始由 单一的观光型旅游转向了休闲度假、探险、民俗风情等多样化的旅游需求。需求 的多样化也实现了需求的规模化；第二，旅游需求供给错位。目前的旅游产品供 需矛盾比较尖锐，大部分旅游产品仍以观光休闲为主，根本无法满足高品位旅游 者的需求。国内旅游企业应积极开发满足市场需求的旅游产品，特别是那些参与 性强的旅游产品。近年来，出境旅游的人数迅猛增加就是一个很好的例证。根据 国家统计局拟定的标准，我国的“高收入 群体是户均年收入3 万至6 万的家庭， 其人口数超过4 5 0 0 万，约占城市人口的1 0 ，群体人口的3 5 ，其恩格尔系数 已降到1 5 以下，为典型的富裕型消费。由于国内的旅游产品无法满足这个富裕 群体的需求，从而导致他们成为一个庞大的出国旅游部落。他们在国外的消费所 导致的外汇漏损很大程度上抵消了入境游和国内游的收入，削弱了国内需求。面 对旅游需求多样化的出现以及当前供需错位的矛盾，以协作为主的区域旅游合作 r1 正是顺应了这一趋势。h 。 1 2 区域旅游合作的概念 1 2 1 区域的概念 不同学科对区域的定义有所不同：地理学按其自然地理特征来划分边界，把 区域定义为具有相对一致性的地域单元；政治学按行政权力覆盖面划分界限，把 区域看作是国家管理的行政单位；社会学把区域看作为具有相同语言、相同信仰 和民族特征的社会聚落，其边界可以越过国界和行政边界，也包括不同的自然地 理单元；经济学则视区域为经济活动所占据的空间，其范围依具体的研究目的和 任务而定，可以是跨越国家的“国际区域 ，如“欧洲经济同盟 ；可以是一个国 家或者特殊区域；也可以是一国之内跨越几个行政区的经济区域，如“珠江三角 2 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 洲、“环渤海旅游圈 ：还可以是一个流域，如“黄河流域 、“环太湖旅游区一。 区域在旅游学科中则没有明确的定义，地理、政治、社会、经济等学科的理论和 方法均被借用到旅游学科中分析区域的含义。区域在旅游学科中有两方面的含 义：一、根据所研究问题的需要和特性而具有一般意义的抽象概念，没有明确的 边界范围。它可以是地理意义上的区域，或是政治意义上的区域，还可以是经济 学意义的区域，如“区域旅游资源 、“区域旅游形象 、“区域旅游竞争力、“区 域旅游规划 。二、具有明确的、具体的实体区域概念，其含义也因研究对象不 同有经济意义、地理意义、政治意义之分。如“粤港澳旅游金三角、“丝绸之路 旅游线路 、“长江三角洲旅游区 、“东南亚旅游区 、“伊斯兰国家旅游合作 、 “吴文化旅游圈等。 1 2 2 区域旅游的概念 区域旅游的概念至今没有公认的表述，国内学术界各自从自己的学科背景和 研究目的出发，提出了不同的观点。 涂人猛( 1 9 9 2 ) 指出区域旅游是以区域作为相对独立的单位，接待旅游者、 组织安排旅游活动的一种方式。它以客源集中的中心城市或者名胜风景旅游点为 依托根据区域内的旅游资源、旅游景点和设施的建设以及旅游商品的生产和供 应，以期取得最理想的经济效益。郑荣富( 1 9 9 7 ) 认为，区域旅游是依据旅游资 源、交通、设施以及地理位置、行政区划诸要素，以客源集中的中心城市或著名 的旅游点为依托，以彼此相互协作的接待服务为基础，形成较为完整的旅游区域。 郑耀星( 1 9 9 2 ) 从旅游管理的角度来看，区域旅游是某一确定的行政区域范围内 的旅游行业整体，由该行政区域的旅游业主管部门实施行业管理。从旅游产品的 内容的角度来看，区域旅游是以区域旅游吸引物的整体吸引游客，呈面状空间特 征。相对于以零星分散、单项开展为特征的旅游发展初始阶段，区域旅游是地方 旅游发展成熟的阶段。 1 2 3 区域旅游合作的概念 区域旅游合作是近年来旅游研究的热点之一，也是旅游业最为突出的发展趋 势。在区域旅游合作方面，国内学术界也有不同的表述。 3 中山大学硕士论文复杂网络存区域旅游合作网络的应用研究 薛莹( 2 0 0 1 ) 认为区域旅游合作是指区域范围内不同地区之间的旅游经济主 体，依据一定的协议章程或合同，将资源在地区之间重新配置、组合，以便获取 最大的经济效益、社会效益和生态效益的旅游经济活动。伍鹏( 2 0 0 2 ) 从合作内 容的角度定义区域旅游合作：区域旅游合作是以区域相邻与接近性、旅游资源与 社会经济相对一致性和差异互补性、线路贯穿与畅通性等原则为基础，合作各方 共同编制旅游规划，共同建设旅游基础设施，共同进行旅游产品的开发与客源市 场的开拓，共同进行旅游产品的宣传与促销，共同营造旅游形象和旅游环境，以 及实行旅游企业的联合经营管理等，以实现区域旅游业的健康可持续发展。梁艺 桦、杨新军、马晓龙( 2 0 0 4 ) 指出区域旅游合作是由不同行为主体和不同类型旅 游产业要素( 资源景观、交通廊道、旅游商品、信息) 区域性相互关系构成的有 机体系。这样，从系统学的角度定义区域旅游合作：区域旅游合作是具有区域性 相互联系、相互作用、相互依赖的各个旅游主体单元与在它们之间流动的各种旅 游资源要素形成有机运行系统，并不断促使系统“整合功能”日趋增强和发展的 演化过程。区域旅游合作的环境是多维的，不仅有与旅游相关的要素，还包括政 治、文化、社会乃至自然生态格局等要素。王雷亭( 2 0 0 3 ) 认为区域旅游合作是 旅游业发展到一定阶段的必然产物，是贯彻“着眼大区域，营造大环境，塑造新 形象，发展大旅游 工作方针的必然选择。区域旅游合作是指区域范围内不同地 区之间的旅游经济主体，依据一定的章程、协议或合同，将资源在地区之间重新 配置、组合，以获取最大的经济效益、社会效益和生态效益的旅游经济活动。薛 莹( 2 0 0 1 ) 将区域旅游合作定义为：区域范围内不同地区之间的经济主体，从各 自的利益出发，依据一定的协议章程或合同，自愿进行的协作性和互利性的旅游 经济活动，是一种自利性与互利性相统一的协作关系，并认为区域旅游合作在更 多意义上是一种经济行为，属于区域经济合作的范畴。 区域旅游合作在不同的研究文献中有不同的表达，如旅游区域合作、区域旅 游协作联合、区域旅游联合开发、旅游区域联合发展、旅游业跨区域联合发展、 旅游业区域联动发展，等等，总共不下2 0 种。从实质上讲，区域旅游合作与其 它术语意义相同，只是表述不同而己。论文中也会出现其它形式的术语，在没有 特别说明的情况下，它们的含义是相同的。对区域旅游合作内涵的表达，不同的 rrl 研究文献中有不同的形式，但实质内容没有本质差别。旧。 4 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 1 3 区域旅游合作网络的研究综述 1 3 1 国外研究历史与现状 国外关于区域旅游合作的研究主要有：w 。 第一，从区域科学和区域发展规划方面探讨。美国人艾萨德在他的空间组织 区位论、城市化和城市体系、城市发展政策等方面具有开拓性贡献。旅游地之间 的空间竞争、目的地与客源地之间的吸引与通连、旅游企业的位址选择有又空间 过程有关。区域科学和空间过程分析提供的一些基本概念对于区域旅游规划具有 重要指导意义。 第二，从旅游市场及市场营销方面探讨。m a r i a ng u c i k 的对于建立旅游市 场信息系统的探讨；v i n k ac e t i n s k i 、s s n d aw e b e r 关于在国家间建立健康的旅 游市场合作的可能性的探讨。k a r ia n o n s e n 等人提出以信息网络系统作为旅游 产品营销和旅游企业之间合作交流的工具，并探讨了合作的具体模式、资金运作 模式及具体的技术方法；j u s u t 和s w h a n o v i c 等人对旅游信息系统管理在旅游业 中的应用展开论述。东盟旅游协会进行的“东盟旅游年 促销活动，其主要内容 是在业内进行宣传，东盟l o 个成员国共同出资，用于参加柏林国际旅游展览会 和伦敦世界旅游交易会等国际旅游会议，其宣传口号是“欧洲十大天堂”，各成 员国对外促销时都要打出这个旗号。 第三，从区域旅游竞争力方面探讨。1 9 8 0 年，世界经济论坛和瑞士洛桑国 际管理发展学院建立了国际竞争力评价指标体系，旅游竞争力研究提供了理论与 方法指导。2 0 0 0 年，国际权威旅游研究期刊、英国杂志第2 l 卷，第1 期作为旅 游竞争力问题专刊出版，刊登了众多学者不同角度的研究成果。拉美地区的安第 斯共同体在人员流动方面做出了如下规定：共同体成员相互承认各国旅游者的身 份证，并在共同体内部推行“安第斯护照 。这样的政策无疑是各国间加强区域 旅游联合，增强区域竞争力，促进旅游一体化发展做出的很好尝试。 第四，从电子商务的角度进行的探讨。1 9 9 7 年，世界旅游组织在旅游电子 商务方面推出“旅游目的地营销系统”，就是用网络的形式进行旅游宣传促销。 7 】 5 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 1 3 2 国内研究历史与现状 国内学者研究的重点主要分为五个阶段：旧。 第一阶段，1 9 8 0 1 9 8 4 年区域旅游联合发展研究的起源阶段。针对计划经 济体制下传统的旅游管理机制，提出了区域旅游改革的思路和建议，提出改革旅 游管理体制，加强旅游横向联合，发展区域旅游。 第二阶段，1 9 8 5 1 9 9 1 年区域旅游联合发展研究的起步阶段。提出具体的 合作理念对某些具体区域的合作进行初步探讨，结合实际指明建立“大旅游 观 念对于旅游业全方位、多层次、高效益发展的重要性。西北五省、西南四省一市 在旅游业发展上经常抱团而动，整体协作，收获丰硕，泛珠合作中也把旅游作为 重要版块。之后，跨省区“丝绸之路 、“长江三峡 旅游区的合作催生了华东五 省一市、北方十省市、沿长江经济带、珠江三角洲、环渤海旅游圈等区域旅游合 作，由各地旅游主管部门共同发起，组织了一系列会议，研究出现的问题，寻求 合作的渠道。延续l o 年的北方旅游交易会就是区域旅游合作的重要成果之一。 由于依托被誉为是“世界第六大都市经济圈”的长江三角洲，苏浙沪的旅游业发 展水平在中国始终处于一个领先的位置。 第三阶段，1 9 9 2 1 9 9 8 年区域旅游联合发展研究的发展阶段。开始涉及到 更多地区间的旅游联合问题，加强了对国际性旅游合作的探讨，认识角度有所突 破。 第四阶段，1 9 9 9 2 0 0 3 年区域旅游联合发展研究的提升发展阶段。从理论 研究到实践操作都有了新的发展。对国内外旅游空间结构，旅游竞争的区域性进 行了研究。2 0 0 3 年，由杭州市人民政府、国家旅游局政策法规司、国家发展和 改革委员会国土开发与地区经济研究所主办，上海市旅游事业管理委员会、江苏 省旅游局、浙江旅游局支持，杭州市旅游委员会承办的“长江三角洲旅游城市 1 5 + 1 高峰论坛 在杭州举行。吴仪副总理在2 0 0 4 年1 月8 日召开的全国旅游工 作会议上专门推广了苏浙沪发展旅游联合、共建长三角无障碍旅游区的经验，要 求全国有条件的地区积极发展区域联合。 第五阶段，2 0 0 5 年一至今区域旅游合作研究进入了理论探讨阶段。对跨区 域旅游合作的机理，动力机制和模式进行了探讨。 6 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 综上所述，国内外区域旅游合作出现了许多研究成果，取得了一定进展，并 且在具体指导区域旅游实践上得到了运用。但是也存在很多的不足，主要表现在 以下方面：第一，理论发展相对于实践略显滞后。国内外学者普遍注重实践，而 在理论创新方面则较少。在区域旅游合作发展的理论方面则主要是从其他学科借 鉴理论来指导区域旅游合作发展。因此，学界应该加强理论创新，通过新的理论 来指导区域旅游合作的发展。第二，在研究方法上面，国内外学者主要是通过定 性的方法来研究区域旅游合作发展的。由于科学的研究方法的缺失，对于区域旅 游合作发展的影响因素的确定，策略的实施等都缺乏科学的依据，这不利于指导 实践。第三，对于合作机制，利益分配以及冲突解决机制的研究还很欠缺。当前 的合作机制存在哪些问题，如何更好的构建区域旅游合作机制方面的研究还很不 完善和健全。学术界应该通过理论与实证研究，探讨区域旅游合作发展的合作机 制。第四，目前学者对于区域旅游合作发展研究可操作性不强，过于理论化。学 者们没有进行的科学的实地调查，所提出来的措施在实际应用方面可操作很欠 缺。学术界应该将理论与实践结合起来，通过实践来检验理论，使理论更具有指 导性和可操作性。第五，对于政府机构在区域旅游合作方面的作用是应该强化还 是要弱化的研究不足。因此，学界应该加强研究，探讨政府机构在区域旅游合作 r 正1 发展过程中的地位和作用。w 。 1 4 复杂性科学 随着科学技术的飞速发展和社会的进步，越来越多的复杂事物和现象进入人 们的视野，例如生态问题、环境问题、可持续发展问题、工程技术与人文社会相 结合的问题等社会经济问题，学者和决策者们采用传统的理论、技术、方法处理 这些问题时，遇到许多根本性的困难。其中重要一点在于，近代科学学科划分过 r n l 细、条块分割，反而模糊了人们对事物的总体性的、全局性的认识”。 面对这一现状，德国著名的物理学家普朗克认为：“科学是内在的整体，它 被分解为单独的整体不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能力的局限性。 实际上存在从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任 何一处都不能被打断的链条 。与此不谋而合的是，早在1 0 0 多年前，马克思就 7 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 曾预言：“自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面，正如同关于人 类的科学把自然科学总括在自己下面一样，它将成为一个科学。 因此面对着越来越复杂的问题，许多研究者开始探索从整体出发的研究方 法，试图寻找那条被打断的“沟通链条 。j 下是在这样的背景下，“复杂性科学 逐渐孕育、萌芽，并受到越来越多学者的关注，复杂性科学是- - n 方兴未艾的科 r 1 1 学，被誉为“2 1 世纪的科学 u 。 复杂性科学国外研究的代表性工作有：欧洲以普晕高津和哈肯为代表的远离 平衡态的自组织理论；美国圣菲研究所( s f i ) 作为代表的复杂自适应系统理论， 以及司马贺的名著人工科学均对复杂性科学做出了重大贡献。 复杂性科学研究的前沿阵地是美国新墨西哥的圣菲研究所( s a n t af e i n s t i t u t e ，s f i ) 。这里汇集了批不同领域的科学家，他们通过对不同学科之 间的深入探讨，试图找出各种不同的系统之间的一些共性，并称之为 ”c o m p l x i t y ”。其早期的主要学术观点认为复杂系统是由大量相互作用的单元构 成的系统，基本思路是复杂适应性系统理论与基于多主体的计算机仿真与模拟。 复杂性的研究内容则是研究复杂系统如何在一定的规则下产生有组织的行为以 及系统的进化所突现出来的行为“。 近年来，s f i 的一些科学家如h o ll a n d ，a r t h u r ，k a u f f m a n 等，拓宽了复杂 系统的研究内容，把兴趣逐步转移到对经济作为复杂自适应系统( e c o n o m ya sa n e v o l v i n gc o m p l e xs y s t e m ) 、混沌边缘( e d g eo fc h a o s ) 、人工生命( a r t i f i c i a l l i f e ) 和系统进化( e v o l u t i o no fs y s t e m ) 的研究。圣菲研究所的工作对传统 的经济学、社会学、生物学造成了巨大的影响“。 在欧洲，复杂性的研究则以普利高津的远离平衡态的自组织理论、艾肯的 超循环理论、哈肯的协同学理论为代表。尽管这些理论诞生在六七十年代，至今 仍对复杂性的研究产生不可忽视的影响。 在我国，钱学森院士与一批科技人员长期以来对复杂性科学研究进行了积 极探索并取得了重大成就。从上世纪8 0 年代开始的系统学讨论班、思维科学讨 论班，到今天的综合集成研讨厅，中国的复杂性科学研究通过深入讨论和提高认 识，走过了“开放的复杂巨系统”、“综合集成法 、“定性定量相结合的综合 8 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 集成法 、“从定性到定量的综合集成法一、“人机结合、从定性到定量的综合 集成研讨厅体系一的发展轨迹u 训。 国内的复杂性研究以“开放的复杂巨系统 及其方法论为代表，具有自己 的特色：以系统学为突破口，从系统科学出发，把“开放的复杂巨系统 的研究 作为创建系统科学的基础层次系统学( s y s t e m a t o l o g y ) 的突破口，进而建立 起系统科学从基础理论到工程实践的整个体系结构。 要建立开放的复杂巨系统的一般性理论，必须从一个个具体的开放的复杂 巨系统入手，积累相关的研究成果。在这一点上，我国科学家不是从复杂性的抽 象定义出发，而是从实际出发，把复杂性与系统概念结合起来，从方法论角度区 分复杂性和简单性问题。钱学森院士在2 0 世纪8 0 年代就指出：“凡现在不能用 还原论方法处理的，或不宜用还原论方法处理的问题，而要用或宜用新的科学方 法处理的问题，都是复杂性问题，复杂巨系统就是这类问题。这样，就从系统 r111 学的角度给了复杂性一个清晰和具体的描述“。 要建立一般复杂系统理论首先要解决复杂系统的建模与模型表示问题。目前 可用来充当这类一般模型的备选方案有如下几个：细胞自动机模型、受限生成系 统、网络模型。这三个模型虽然在表面上看略有不同，但从计算的角度看它们是 等价的，也就是它们都支持图灵计算机。目前复杂系统理论的实际应用主要是计 r l n l 算机仿真、模拟方法“。 1 5 研究内容与章节安排 本文以北京、上海、广州这3 个国内特大城市为代表作为研究区域旅游合 作网络的对象，收集这三个城市的周边区域旅行线路数据，把旅行线路中的旅游 景点抽象为节点，把连接两两旅游景点的线路抽象为边，构造这三个城市各自的 区域旅游线路网络。通过计算网络的参数，对比分析三个网络的复杂网络性质， 总结区域旅游合作网络的一些特征。 第一章绪论，对区域旅游合作网络的研究背景、涉及的概念以及区域旅游 合作网络的研究进展和复杂性科学进行了介绍； 第二章，对复杂网络理论研究的发展过程和主要内容，以及复杂网络理论 9 中山大学硕十论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 在相关领域的具体应用进行了综述，并介绍了几个常用的复杂网络参数； 第三章，以北京、上海、广州三个城市为代表，详细叙述了区域旅游线路 网络各种数据的获取、转换和处理； 第四章，用国际上通用的复杂网络统计软件p a j e k 等软件计算出三个城市 的区域旅游线路网络的主要复杂网络参数，并对三个城市的区域旅游线路网络的 主要复杂网络参数进行了对比分析； 第五章，文章总结与研究展望。对全文进行了总结，指出了文章的创新点， 以及文章的后续价值及今后的发展方向。 1 0 中山大学硕+ 论文 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 第二章复杂网络研究综述 2 1 复杂网络理论研究 2 1 1 复杂网络研究进程 所谓网络是由结点和连线组成，这里结点和连线是广义的，其中节点表示 系统的元素，两结点的连线表示元素间的相互作用。 r1 网络作为一门科学是从e u l e r 开创图论学算起的u “。e a l e r 对著名的 “k o n i g s b e r g 七桥问题的研究开始了实际网络的图表示方法。k o n i g s b e r g 城 中由一条横贯城区的河流，河中有两个岛，两岸和两岛之间共有7 座桥。有这样 一个问题：能否在一条行走路径中走过所有的七座桥，且每座桥只经过一次，最 后返回原地。e a l e r 利用数学抽象法，将河流分开的四块陆地抽象为四个点，将 连接陆地之间的七座桥抽象为连接四个点的七条线，这样得到了一个图。通过对 这个图的推断得出七桥问题是无解的。 e a l e r 对七桥问题的抽象和论证思想，开创了数学分支图论的研究。事实上， 今天人们关于复杂网络的研究与e u l e r 当年关于七桥问题的研究是一脉相承的， 即网络结构与网络性质密切相关。 图2 一lk o n i g s b e r g 七桥问题图示 二十世纪中叶由s o l o m o n o f f 和r a p o p o r t 以及e r d s s 和r 6 n y i 引入随机图 论，使网络研究得到了重要的发展。为了描述通信和生命科学中的网络，e r d s s 中山大学硕士论文 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 和r 6 n y i 提出，通过在网络节点间随机地布置连结，就可以有效地模拟出这类系 统。 在e r d s s 和r 6 n y i 研究的随机图模型( 称为e r 随机图) 中，任意两个节点 之间有一条边相连接的概率都为p 。因此，一个含有个节点的e r 随机图中边 的总数是一个期望值为p n ( n 一1 ) 2 】的随机变量。由此可以推得，产生一个有 个节点和m 条边的e r 随机图的概率为p 肘( 1 一p ) n ( n - i ) 心埘。 e r d s s 和r 6 n y i 系统性的研究了当_ 时e r 随机图的性质与概率p 之间 的关系。他们采用了如下定义：几乎每一个e r 随机图都具有某种性质q ，如果 当呻时产生具有这种性质q 的e r 随机图的概率为1 。e r d 5 s 和r 6 n y i 的最 重要的发现是：e r 随机图的许多重要的性质都是突然涌现的。也就是说，对于 任一给定的概率p ，要么几乎每一个图都具有某个性质q ( 比如说，连通性) ， 要么几乎每一个图都不具有该性质14 l 。 这种方法及相关定理的简明扼要，导致了图论的复兴，数学界也因此出现了 研究随机网络的新领域。随机图论在近4 0 年的时间里一直是研究复杂网络结构 的基本理论，但绝大多数实际的复杂网络结构并不是完全随机的。 一般而言，复杂网络是节点按照某种组织原则方式联结、演化成的网络，是 对复杂系统的一种抽象。而网络系统的复杂性主要体现在三个方面：网络连接结 构的复杂性，节点之间的连接可能具有不同的权重或方向；节点的复杂性，一个 网络中可能存在多种不同类型的节点；各种复杂性因素的相互影响。此外，各种 网络之间也存在密切的联系，这使得对复杂网络的分析变得更为困难1 5 1 。 如果节点按照确定的规则连线，所得到的网络就称为规则网络。规则网络 是秩序的象征，随机网络是混乱的代表，现实的复杂网络并不是这两个极端之一 n 3 1 。于是w a t t s 和s t r o g a t z 于1 9 9 8 年在自然杂志上发表了一篇开创性的论 文，提出了网络科学中著名的小世界网络概念1 刨。 小世界网络拓扑结构为规则网络的底层网络出发，在底层网络的任意两个选 定的节点之间添加连接( 即添加两节一点连通的捷径) ，使之向随机网络过渡。 1 2 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 当捷径增加到了一定程度时，即产生了小世界网络的形态。 小世界网络的基本模型是w s 模型，算法描述如下1 引： ( 1 ) 给定规则网：假如我们有一个结点总数为，每个结点与它最近邻的 k 一放个结点相连线的一维有限规则网，通常要求 k 1 ； ( 2 ) 改写旧连线：以概率p 为规则网的每条旧连线重新布线，方法是将该 连线的一个端点随机地放到一个新位置上，但需要排除自身到自身的连线和重复 连线。 其弼脚翱f t 嘲咱d i 埘r 誓咖 oo 桊 p _ p pp 聃a 辑瓤啷阳n 阳f n 州事毒曩 图2 - 2 小世界网络的构造过程以及从规则网络向随机网络的过渡 后来n e w m a n 和w a t t s 提出了一个改进的模型1 引。将w s 模型算法描述的第 二步改为：新增随机网，对规则网的n 个结点，以概率p k 2 在任意两个结点之 间连线，但不改动规则网的原有连线，也不允许自身到自身的连线和重复连线。 w a t t s 和s t r o g a t z 说明小世界网在p 值较小的一个范围同时具有大的聚类 系数和短的平均路径，称为小世界现象或效应。小世界的形态表现为尽管网络很 大，但在网络的任意两个节点间都存在一条相对于整个网络规模而言很短的路 径。 许多现实的网络都具有这种小世界效应。 万维网代表了目前可获得拓扑信息规模最大的网络，其节点为网页，连线 是网页之间的超链接。 在对万维网的研究中，a l b e r t ，j e o n g 和b a r a b d s i 发现尽管其拥有类似于 小世界的短的平均路径，但它的节点度分布不像随机网或小世界网络那样是对称 的泊松分布，不具备网络的特征标度。 中山大学磺士论文 复杂盹翳在区域帷游台作阿缮的应用研兜 为了解释幂律分布的产生机理，b a r a 乩s i 和a l b e r t 提出了一个无标度网络 模型( b a 模型) ，他们认为以前的许多网络模型都没有考虑到实际网络的如下两 个重要特性。： ( 1 ) 增长特性：即网络的规模是不断扩大的； ( 2 ) 优先连接特性：即新的节点更倾向于与那些具有较高连接度的“大” 节点相连接。这种现象也称为“富者更富”或“马太效应”。 图2 - 3 描绘了万维网从某一测试站点到其他约i 0 万个站点的最短连结路径。 基于网络的增长和优先连接特性，b a 无标度网络模型的构造算法如下： ( 1 ) 增长：从一个具有肌。个节点的网络开始，每次引入一个新的节点t 并 且连到m 个已存在的节点上，这里研s 卅。 ( 2 ) 优先连接：一个新节点与一个已经存在的节点f 相连接的概率n 。与节 点f 的度t ，、节点，的度t 之问满足如下关系： r l 。轰 在经过r 步以后，这种算法产生一个有一t4 - m 。个节点、m t 条边的网络。 无标度网络的概念由此诞生，并极大地激发了科学界的研究热情，他们探 索无标度网络背后的形成机理和组织原则，建立恰当的模型去拟台复杂网络自组 织过程。 1 4 中山大学硕士论文 复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 簦 一；一 ， 謦。 7 ”- _ ”。 繁嘈， 参 静，一o - 7 纛 豢 - 氏 ， | 图2 - 4 无标度网络的演化 复杂网络的无标度特性的发现突破了随机网络模型的束缚，使我们认识到 各种复杂系统的网络结构，都遵从某些基本的法则，使我们看到了研究系统网络 结构的普适规律的可能，使我们可能以复杂网络的拓扑特性研究为切入点，深入 开展系统结构的研究。近几年，无标度网络的研究成果反映了大多数复杂系统的 r 1 这些基本特性，使得对这些系统的研究取得了实质性的突破“”。 由此，钱学森给出了复杂网络的一个较严格的定义：具有自组织、自相似、 吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络称为复杂网络。 表2 - i复杂网络研究的简史 时间( 年)人物事件 1 7 3 6e u l e r七桥问题 1 9 5 9 e r d s s 和r 6 n y i随机图理论 1 9 6 7 m i l g r a m小世界试验 1 9 7 3g r a n o v e t t e r 弱连接的强度 1 9 9 8w a t t s 和s t r o g a t z小世界模型 1 9 9 9 b a r a b d si 和a l b e r t 无标度网络 就目前而言，复杂网络理论的主要研究内容可以归纳为1 副： l 、发现：揭示刻画网络系统结构的统计性质，以及度量这些性质的合适方 法。 2 、建模：建立合适的网络模型以帮助人们理解这些统计性质的意义与产生 机理。 豢 噜 秒 ， 、 参一 ， 一1 。， i 中山大学硕士论文复杂网络在区域旅游合作网络的应用研究 3 、分析：基于单个节点的特性和整个网络的结构性质分析与预测网络的行 为。 4 、控制：提出改善已有网络性能和设计新的网络的有效方法，特别是稳定 性、同步和数据流通等方面。 2 1 2