地理學中的網絡分析

導語

隨着數字數據量呈指數級增長以及計算方法的快速發展，網絡分析日益成爲理解社會生活的重要分析工具。但是網絡分析究竟是什麼？而地理學中的網絡分析又是怎麼應用的呢？本期推送介紹了《荷蘭經濟與社會地理》一期關於地理學中的網絡分析的專欄文章。其中，其介紹性文章回顧了地理學中網絡分析和當代計算社會科學的豐富歷史，在此基礎上，綜合了地理網絡分析的特點。地理網絡分析是假定網絡通過其內涵來解釋，並反映權力關係。地理網絡分析不是追求簡單的解釋或普遍的理論，而是努力理解不均衡的網絡在抽象和具體之間的不斷來回發展。本文以本期特刊的文章爲基礎，闡述了地理網絡分析的具體應用。

擼串地理 | 來源

廣東靚女 | 推送作者

五山詹姆斯 | 校對

三吉子 | 編輯

1. 客座編輯介紹性文章

1. 計算機技術的興起與地理學的交叉

COVID-19大流行的早期，《紐約時報》記者Benedict Carey對東北大學（美國馬薩諸塞州波士頓市境內私立大學）網絡科學研究所所從事的研究工作進行了報道：物理學家和計算機科學家正在整理數據，從人口普查數據到社交媒體網絡，以預測病毒下一步將在哪裡爆發，他們製作了令人印象深刻的地圖和網絡圖，顯示了疫情可能的走向。傳染病的實時建模只是空間科學工作的一個例子，數字數據的爆炸式增長和計算方法的快速進步使空間科學工作成爲可能。網絡科學研究所是衆多應用自然科學的技術和方法來研究社會生活地理的中心之一。計算方法和數字數據爲整個社會科學的研究開闢了令人興奮的新機會，並有望爲地理學提供新的見解。在這個廣闊的領域內，“地理計算”“空間網絡分析”和“地理數據科學”明確地研究了空間問題。

儘管新興的計算社會科學領域推動了空間和網絡方法的發展，但大多都發生在地理學之外。不是所有的地理學都是空間科學，也不是所有的空間科學都可以從地理學的角度來解釋。但可以肯定的是，地理學家在網絡分析方面有着豐富的歷史。當網絡分析在20世紀50年代和60年代首次被引入地理學時，它參與了將地理學重新定義爲“空間科學”的廣泛運動。20世紀70年代，激進主義和人文主義地理學家進入了這個領域，他們批評了這種空間科學的觀點，並借鑑了其他（包括生態的、歷史的）地理思想流派。從那時起，地理學發展成爲一門多元學科，多種方法並存。同時，人文地理學成爲了一門具有多種獨立方法的學科，或者是促進傳統之間的多元雜合的學科。

地理學家在挑戰和修正計算社會科學和複雜性科學固有問題的本體論和認識論假設方面發揮重要作用。複雜科學的根源於自然科學，難以把握其質的變化、內涵和因果關係。通過複雜的棱鏡來審視社會生活時，通常會講現象自然化，從而掩蓋潛在的權力動態。此外，空間和計算分析的新興領域幾乎完全脫離了實質性的地理領域專業知識。

地理學家在解決這些問題上處於有利地位，因爲他們有豐富的經驗來考慮如何協同各種力量，以及在特定情況下如何發揮背景作用。儘管複雜科學的目的是提取和概括，地理學家卻傾向於將其置於具體情境中加以說明，因爲這樣做不僅有實質性的原因，而且有戰略和務實的原因。地理學家已經開始使用計算社會科學方法以重新評估舊的地理理論，但大多數地理學家都不是計算方法的專家。認識到這一點是很重要的，因爲它意味着計算和建模不是地理的主要方法。地理學是一門“跨學科學科”，它是一種特殊的綜合思維方式，其優勢是將不同的知識和方法帶到世界上，並納入更廣泛的研究框架。

2. 地理學中網絡分析的興衰史

1940年到1970年被視爲社會網絡分析的黑暗時代。對社區和小羣體的社會計量研究在20世紀30年代蓬勃發展，但二戰後，美國社會學沉迷於調查方法，忽視了“個人”和“社會”之間的中間尺度。值得注意的是，定量地理學家在這段黑暗時代成爲社會網絡分析的火炬手。20世紀50年代，美國早期的地理學思想家希望從研究靜態和有限區域轉向研究流動和相互作用。這種對活力的關注與社會學家對不變的社會結構和公認的靜態民族國家的態度形成了鮮明的對比。

定量研究動態區域需要數據和計算能力。Hägerstrand與Garrison爲地理學的定量革命做出了重大貢獻。網絡分析在Bill Bunge的《理論地理學》和Peter Haggett的《地理中的位置分析》中發揮了關鍵作用，這兩本書給英國帶來了定量革命，並與自然地理學家的思想發生了交匯。此時的網絡分析爲從事不同主題的地理學家提供了一個共享的平臺，有望突出跨不同領域操作的模式和機制。

在計量革命的背景下，網絡分析不僅僅是一種新穎的方法，還可以是理論地理學的一個有前途的範例。新地理學將是一門“空間科學”，強調“空間觀點”，其中地理是用空間現象的幾何描述定義的。網絡分析，由純粹的空間數學拓撲語言清晰地描述。對通用詞彙的追求符合20世紀60年代技術官僚樂觀主義（technocratic optimism），更通俗地說，它使地理學得以利用冷戰時期的“硬科學”資金來源。

通過將現實抽象成具有相似屬性的圖形，網絡分析可以對河流、城市系統、交通系統和信息流等不同現象進行有意義的比較。圖論思維使得複雜結構的簡單模型得以建立。從哲學上來說，20世紀60年代的空間科學將網絡設想爲一個真實存在的對象，可以用圖論將其抽象出來。網絡分析之所以吸引人，是因爲它可以過濾掉多餘的信息，從而揭示“隱藏的空間秩序”。

這種靜態的“隱藏秩序”在20世紀70年代的反空間科學運動中引起了爭議。許多定量地理學家將重點放在幾何學和網絡分析上，這是早期定量地理學的一個弱點。隨着理性現代主義社會的夢想開始瓦解，人文和文化地理學家呼籲對動機、背景和歷史有更豐富的理解：如果一門學科不是開放的，那麼它就會被一套共同的方法和技術捆綁在一起；否則，成功的空間科學方法和學者就會被其他學科吸收，地理學科面臨被肢解或完全消失的風險。激進的地理學家認爲隱藏的秩序不是等待被發現的基本真理，掩蓋了塑造現狀的社會力量，本質是社會關係的產物，並將其視爲權力鬥爭的臨時結果。此外，對有序模式的追求導致了實證偏差，證明僅僅關注幾何學是不夠的，從不同網絡的拓撲結構的同構推導出的假設最多隻能用於生成常見因果機制，需要使用領域知識進行檢驗並解釋。

考慮到物體構成的可塑的空間概念對於理解變化是必要的，地理學家更多地思考和談論的流和運動的本體論，就越清晰地認識到空間的關係視角是必要的，尤其是物體的內部關係。20世紀60年代末，即使是最擅長數學的地理學家也清楚地認識到，僅使用橫截面模式來推斷過程是不可能的。量化的勢頭戛然而止，許多先驅放棄了實證主義，採用了新馬克思主義的觀點，大量定量人才進入了GIS方向發展。

20世紀70年代末社會網絡分析開始甦醒，幾乎沒有什麼現代社會網絡分析的前沿。20世紀90年代末，地理學家也沒有在使用網絡分析來研究社會現象的學者中扮演重要角色。但地理學的網絡分析傳統並沒有完全消失，一些人在交通和城市網絡或區域科學領域工作；其有些則堅定地對1960年代定量地理學的創新；但在20世紀80年代和90年代，網絡分析在地理學中變得無足輕重。即使網絡在20世紀90年代成爲理解全球化的中心隱喻，但直到21世紀初，地理學家才採用網絡分析方法來實證證實這些網絡理論。

3. 地理網絡分析的認識論準則

在網絡研究的短暫停歇之後，出現了復興的徵兆。網絡分析已經系統地納入城市網絡的地理研究計劃和創新網絡。一些分散但具有啓示性的研究強調了將網絡分析應用於廣泛主題的可能性，包括地緣政治衝突，犯罪、經濟聚集、城市亞文化和社會運動。

目前的情況下，地理學家必須定義好自己的位置，自然中的複雜結構與人類產生的複雜結構之間存在的基本差異對於闡明地理網絡分析與20世紀70年代的空間科學和今天的計算社會科學的區別非常重要：

第一個關鍵區別，與蜜蜂或其他昆蟲不同，人類有意識地追求集體目標。

第二個重要區別，人類理解社會現實，並根據意義採取行動。

第三個複雜區別，當人們根據自己的想法和興趣來塑造環境時會相互鬥爭。

從不同的角度來看待學科對地理學家來說很重要：特殊性和差異性的分析不僅是附帶結果，而且還反映了其研究對象的複雜性。“複雜性”在這裡不僅意味着更高層次的結構起源於較低層次的相互作用，而且還指的是社會生活的多維度、可變、中介和爭議的本質。這對社會網絡分析的使用有着深遠的影響。在網絡分析領域，物理學家和社會學家在尋找普遍的機制和模式，而地理學家在分析和解釋變化、異常和特殊性方面處於有利地位。如果地理學家不試圖模仿自然科學，而是調動他們的特定學科優勢，包括領域知識、對複雜空間特性的理論理解、對特性的欣賞和對混合方法的運用，那麼更可能做出獨特的貢獻。

考慮到地理學家對網絡分析的歷史參與和計算社會科學的當代發展，作者初步確定了地理網絡分析的六條準則：

考慮不同的空間維度。空間網絡分析與地理網絡分析的根本區別在於前者傾向於假設一個絕對的空間概念，而後者則沒有。在空間網絡分析中，需要構建一個以“節點”和“邊”爲真實座標的二維網格或矩陣，允許研究人員以數學精度強調現實的一個突出方面。但是地理學家認識到與這種抽象相關的權衡，強調空間不是一個需要填充的空容器，而是通過社會實踐產生的，並發展各種方式來想象和可視化這些替代概念。空間和居住在空間中的實體並不先於關係，而是通過關係構成的。

將網絡分析納入整體方法。網絡分析的目的是首先從一個特定的背景中提取一個顯著的維度進行更仔細的探討，然後反過來將結果概念化。計算社會科學家和複雜性研究人員在追求普遍特徵或機制的過程中研究並將網絡從背景和內容中抽象出來。地理學家傾向於脫離領域知識，這使他們能夠分析與特定領域或相關的網絡。

提取數據和定位網絡的過程是基於所有數據都是定位的和可執行的假設。地理網絡分析假定所有數據都是爲特定目的和在特定條件下產生的。因此，要理解網絡，就需要理解它們背後的類別和數據的產生。

地理網絡分析中的網絡承載意義，反映權力關係。任何類型的社會網絡都充滿了權力關係，是具有不同觀點和利益的行動者之間合作與競爭的臨時和偶然結果。網絡形成的動力在廣泛的社會結構中發揮作用，因此，理解前者需要理解後者。

地理網絡分析強調多維度、偶然性和情境性，爲採用混合方法研究策略提供了認識論基礎。這裡的關鍵假設是，地理空間中相互作用的各種力量將是多維的，因此，不能只用一種技術或方法去掌握。混合方法的一個基本原理是三角分析（triangulation）(從不同的角度看待同一件事，作爲一種驗證方法)，另一個基本原理是提出不同的維度和因素。

地理網絡分析將網絡分析方法的使用視爲子學科之間的綜合或對話的機會。網絡分析提供了一種共同的語言，在當代具有地理特徵的專題和學科之間架起了異質知識的橋樑。這並不意味着單個項目必須考慮到每一個因素，但意味着地理學科應該努力加入來自不同模式、維度和因素的一系列子領域的見解。

2. 《荷蘭經濟與社會地理》專輯文章介紹

本專輯主要由七篇論文和兩篇簡評構成，通過在不同的語境中應用網絡分析的工具和方法，這七篇文章雖然研究的重點各不相同，但都在一定程度上觸及了地理網絡分析的六個維度。以下是論文的簡介及來自客座編輯的簡要點評。

1. Communities, Complexity, and the ‘Conchoration’: Network Analysis and the Ontology of Geographic Units（社區、複雜性和合並：網絡分析和地理單位的本體論）

【作者簡介】Garrett Dash Nelson是美國波士頓公共圖書館Leventhal地圖與教育中心的研究員。

【文章點評】該文章詳細闡述了社區追蹤算法（community detection algorithms）並使用社區追蹤來識別區域。重要的是，作者的分析嵌入了地理學關於如何概念化區域的長期爭論，他沒有將通過計算方法確定的區域視爲靜態或封閉的，而是視爲動態和多孔的。但從地理網絡分析的角度來看，識別這些社區並不是研究努力的終點，而是建立一種對數據結構的解釋，這需要理論解釋和實證探索。

2. Social Network Analysis Methods and the Geography of Education: Regional Divides and Elite Circuits in the School to University Transition in the UK（社會網絡分析方法與教育地理：英國從學院到高校過渡的區域鴻溝和精英線路）

【作者簡介】Sol Gamsu來自杜倫大學社會學的副教授，Michael Donnelly來自巴斯大學。

【文章點評】文章提供了一個關於領域知識、定性方法和理論概念如何幫助解釋網絡結構的例子。他們發展了“教育線路”的概念，以表明網絡結構是如何從具有相似背景的學生與空間的重複互動中浮現出來。

3. Containment and Connectivity in Dutch Urban Systems: A Network-Analytical Operationalisation of the Three-Systems Model（荷蘭城市系統中的遏制和連通：三系統模型的網絡分析操作）

【作者簡介】Ate Poorthuis來自新加坡科技設計大學地球與環境科學的副教授,Michiel van Meeteren來自拉夫堡大學的社會科學和人文學科，

【文章點評】文章強調擁有清晰的理論預期是解決方法學判斷、調用和解開構成地理網絡的各種因果機制的關鍵。

4. Network Analysis of ‘Urban Systems’: Potential, Challenges, and Pitfalls（"城市系統"的網絡分析：潛力、挑戰和陷阱）

【作者簡介】Ben Derudder來自比利時根特大學。

【文章點評】文章指出網絡顯示的內容依賴於研究人員指定爲節點或邊的那些方面。

5. Tracing the Networks of Past Societies in Palaeoenvironmental Research（在古環境研究中追溯過去的社會網絡）

【作者簡介】Tegan Hall和Dan Penny都來自悉尼大學地理科學學院。

【文章點評】文章報道了利用古環境數據識別網絡組成部分的非凡努力，並發現這些數據、構建網絡和解釋網絡結構都需要深厚的領域知識。

6. Networked Geographies of Digital Contention in Post-Financial Crisis Ireland（愛爾蘭後金融危機時期下數字爭議的網絡地理）

【作者簡介】Maedhbh Nic Lochlainn是愛爾蘭都柏林大學地理學系的一名在讀博士。

【文章點評】文章將Facebook鏈接視爲邊緣，以構建“在線社交運動網絡之間和跨網絡之間的初步和公開的聯繫圖景”，並使用數字民族誌和訪談，以更好地理解爭論是如何在地方和網絡空間中建立起來的。

7. A World Beyond Web of Science: AGORA Magazine's 35 Years in Dutch-Language Human Geography（超越WoS的世界：AGORA雜誌在荷蘭人文地理學領域的35年）

【作者簡介】Valerie De Craene來自比利時埃爾塞納公立大學地理學院，現爲比利時根特大學博士後，Jorn Koelemaij現爲比利時魯汶大學公共管理學院博士後，Egbert van der Zee是荷蘭烏德勒支大學人文地理與規劃學院的副教授，Michiel van Meeteren來自拉夫堡大學地理與環境學院。

【文章點評】社區追蹤揭示了荷蘭地理雜誌中涉及的新一代學者的時空結構，這個結構被用來檢查和敘述從一個龐大而低效的檔案中出現的歷史。

這七篇論文由兩篇簡短的評論進行了補充，主要評價了地理網絡分析理論和實踐背後的命題。其中包括：

（1）Network Thinking in Human Geography: Musings of a Newbie（人文地理學中的網絡思維：新手的沉思）

【作者簡介】Beate Völker來自荷蘭烏德勒支大學地理科學學系、人文地理與空間規劃部門。

【文章點評】評論比較了地理學和社會學在計算社會科學時刻的工作，衡量以適應網絡分析每個社會科學學科的優點，同時她質疑定義一種特定的地理方法來進行網絡分析是否有利於網絡分析的跨學科項目。

（2）For Geographical Network Analysis（地理學中的網絡分析）

【作者簡介】Albina Gibadullina和Luke Bergmann都來自加拿大溫哥華大學地理學院，David O’Sullivan來自新西蘭惠靈頓大學地理、環境和地球科學學院。

【文章點評】評論在地理傳統中進一步推動了地理網絡分析，展示了來自GIS和實驗性空間數學的方法學如何加強與計算方法和後結構主義地理學的見解。

3. 小結

該專欄文章認爲地理學家在發展基於學科優勢的網絡分析方面處於有利地位，這些優勢包括領域知識、對複雜空間特性的理論理解、對特殊性的欣賞和對混合方法的運用，這些優勢可能會使對不變規則或隱藏秩序的探索複雜化。然而，學科的歷史軌跡告訴我們，這種複雜性是對跨學科辯論的貢獻，而不是負擔。地理有助於理解各種網絡在空間上的不平衡發展。地理學也有詞彙來批評和限定“隱藏的秩序”，並識別在分析中可能被忽視的東西。隨着其他學科的網絡分析員越來越多地承認空間視角的優點，希望地理學家在學科優勢的基礎上，利用網絡分析來做出獨特的貢獻。

敬請關注：

Uitermark, J., van Meeteren, M. (2021). Geographical Network Analysis. Tijds. voor econ. en Soc. Geog., 112: 337-350. https://doi.org/10.1111/tesg.12480

網絡科學集智課堂第三期報名中

從數學建模到多學科應用

從現實社會的關係網到虛擬的互聯網，從線下到線上，我們的生活始終沒有脫離複雜網絡。真實的複雜網絡從其誕生開始就不斷地演化着。網絡節點不斷地增加，節點之間的連接不斷地增長。然而，複雜網絡的形成機制是什麼？具有什麼樣的演化規律？它們的演化機制對網絡的功能和動力學行爲有什麼影響？爲了回答這些問題，科學家們對複雜網絡的探索從未停止。

網絡科學是一個蓬勃發展的嶄新交叉學科，可以看做複雜系統的骨架，核心是研究各種大型複雜網絡之間的共性和處理它們的普適方法，其研究對於發展複雜系統的基本理論及構建產生了極大的推動作用。

網絡科學的第三個十年，已經過去了幾年。從國內外網絡科學研究的發展趨勢來看，各種各樣的更復雜的網絡模型和結構以及高階相互作用動力學引起了人們的極大興趣。爲了迴應這種迫切需求， 我們網絡科學第三期課程將圍繞複雜網絡的數學建模與應用進行多角度的介紹。

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