本文是一篇國際貿(mào)易論文，本研究選取鋰離子電池生產(chǎn)所需的九種重要礦產(chǎn)作為研究對象，應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法，通過構(gòu)建礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)定量分析九種原材料礦產(chǎn)的貿(mào)易規(guī)律，研究其國際貿(mào)易整體格局，并對進出端重要國家的影響力進行分析，探索我國在鋰離子電池主元素原材料礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中的地位及演變規(guī)律，應(yīng)用模體分析方法，研究了九種礦產(chǎn)原材料國際貿(mào)易中的主要局部貿(mào)易模式，最后構(gòu)建鏈路預(yù)測模型，對九種礦產(chǎn)原材料國際貿(mào)易中的潛在貿(mào)易鏈接進行預(yù)測，為各國尋找合適的貿(mào)易伙伴提供理論方法，從而拓寬其進出口貿(mào)易渠道，增強礦產(chǎn)貿(mào)易安全性。
第一章  緒論
1.1  研究背景
能源是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，近年來能源短缺、生態(tài)惡化、環(huán)境污染等問題逐步加深，并且由于能源的生產(chǎn)和消費存在地域分布不均勻性，能源供需矛盾日益凸顯，近年來能源問題已經(jīng)成為影響國際政治、經(jīng)濟局勢的重要因素。目前世界能源消費主要以化石能源為主，由于其不可再生性，傳統(tǒng)的化石能源隨著人類社會發(fā)展的需要而不斷被采掘，已經(jīng)日漸枯竭，人類面臨的能源危機日趨嚴重，尋找替代能源迫在眉睫。
鋰離子電池作為一種新型能源，具有能量密度高、輸出功率大、安全性能好、循環(huán)壽命長、清潔無污染等諸多優(yōu)點在新能源的開發(fā)利用中占有重要地位。近年來，鋰離子電池市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，并已逐步被廣泛應(yīng)用到手機、電腦、數(shù)碼相機、航空航天、小型電子器件、機電以及軍事通訊等各大領(lǐng)域。鋰離子電池在市場中出現(xiàn)不到 30 年，但其已經(jīng)占據(jù)了全球充電電池市場的 85%份額（不包括鉛酸電池）[1]。新能源汽車市場需求的快速增長也帶動了鋰離子電池需求量的增大，根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國在 2018 年新能源汽車的產(chǎn)量為 127 萬輛，較上年同比增長 59.9%，根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計，2018 年我國動力電池裝車量達到 56.92GWh，較上年同比增長 56.3%。據(jù)學者統(tǒng)計，我國已經(jīng)成為世界上最大的鋰離子電池制造商，2016 年的產(chǎn)量為 63.7GWh，占據(jù)市場份額的 50%以上[2-3]，而在 2018 年我國鋰離子電池產(chǎn)量已達到 124.2GWh，較 2016 年增長了近一倍。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展引起了全球資源問題的關(guān)注，鋰離子電池對 Li、Co、Ni、C 等礦產(chǎn)資源的消耗占據(jù)鋰離子電池總成本的 50~70%[4]，礦產(chǎn)原材料的大量消耗給全球供需平衡帶來了巨大的危機和挑戰(zhàn)。
我國是一個礦產(chǎn)資源大國，礦產(chǎn)儲量豐富且品種較為齊全。對于鋰離子電池主元素原料所包含的鋰礦和石墨，我國在先天資源儲備上得天獨厚。其中，就鋰礦資源而言，根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局數(shù)據(jù)顯示[5]，至 2018 年底全球已勘測出的鋰礦資源量為 1400萬 t，主要分布在阿根廷、澳大利亞、葡萄牙、智利、中國、美國、巴西和津巴布韋這八個國家，其中中國約占 100 萬 t，排名第四位，占全球總儲量的 7.14%。
1.2  研究意義與方法
1.2.1  研究意義
礦產(chǎn)資源在全球的分布具有區(qū)域集中性，很少有國家能僅依靠本國自身的礦產(chǎn)存儲來滿足其工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此國家間通過國際貿(mào)易的手段將優(yōu)勢礦產(chǎn)輸出，將稀缺礦產(chǎn)進口，以滿足本國的供需平衡。近年來隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，尤其是電動能源汽車的大量生產(chǎn)，鋰離子電池的消耗量激增，其上游生產(chǎn)原材料礦產(chǎn)的大量消耗給全球供需平衡帶來了巨大的危機和挑戰(zhàn)。并且隨著經(jīng)濟全球化的深入發(fā)展，國家之間貿(mào)易來往越來越頻繁，但是由于參與國家之間的資源稟賦、地理位置、貿(mào)易政策的差異，使得各個國家在鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)貿(mào)易中的角色、影響力均不同，并且隨著國際形勢的動蕩起伏，礦產(chǎn)整體貿(mào)易格局在時間尺度下悄然演變著，這些因素都會導致國家之間的貿(mào)易存在大量風險。因此，對鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)當前的貿(mào)易格局以及演變情況有一個清楚的了解，對本國在礦產(chǎn)貿(mào)易中的角色、地位、影響力有一個明確的認知，是十分必要的。在規(guī)避國際貿(mào)易風險中，尋找新的、合適的貿(mào)易伙伴，拓寬貿(mào)易渠道，增加進出口端貿(mào)易的多樣化程度，具有重要意義。本文以鋰離子電池主元素原料所包含的九種重要礦產(chǎn)作為研究對象，運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法、模體方法，以宏觀和微觀相結(jié)合的視角，對九種礦產(chǎn)國際貿(mào)易的整體格局以及局部貿(mào)易模式進行了分析，并通過與典型國家的比對，深入探究了我國在礦產(chǎn)進出口端的影響力。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建鏈路預(yù)測模型對九種礦產(chǎn)貿(mào)易國伙伴關(guān)系做出預(yù)測，找到在未來一段時間內(nèi)可能建立真實貿(mào)易關(guān)系的國家/地區(qū)對，為這些國家在尋找合適貿(mào)易伙伴，開拓貿(mào)易新渠道上提供理論支持。研究意義可具體分為理論意義和實際意義兩方面。
理論意義：在對鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易研究中，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法與模體分析方法進行結(jié)合，以宏觀和微觀視角，對九種礦產(chǎn)國際貿(mào)易的整體格局以及局部貿(mào)易模式進行了分析，豐富了礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的研究思路。在對貿(mào)易伙伴關(guān)系的預(yù)測中，構(gòu)建有向鏈路預(yù)測模型，使預(yù)測結(jié)果包含方向性，在分析貿(mào)易鏈接規(guī)則上，引入網(wǎng)絡(luò)模體方法，探究了被預(yù)測成功鏈接形成過程對網(wǎng)絡(luò)中重要模體新增的促進作用，拓展了礦產(chǎn)國際關(guān)系預(yù)測的研究思路。
實際意義：面對復(fù)雜多變的國際貿(mào)易環(huán)境，對鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)的貿(mào)易格局及演變情況進行研究，可了解我國在貿(mào)易中的地位和影響力，為我國的貿(mào)易政策優(yōu)化提供理論價值。鏈路預(yù)測方法可基于現(xiàn)有的國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為未來貿(mào)易關(guān)系進行預(yù)測，我國可以依據(jù)預(yù)測結(jié)果，提前為貿(mào)易建交進行籌備，為我國在國際貿(mào)易伙伴選擇上提供決策參考。
第二章  理論基礎(chǔ)
2.1  國際貿(mào)易相關(guān)理論
國際貿(mào)易對全球經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大的推動作用，是世界各國參與國際分工，實現(xiàn)社會再生產(chǎn)順利進行的重要平臺，有利于各國市場供求關(guān)系的穩(wěn)定，是世界各國對外經(jīng)濟關(guān)系的核心。國際貿(mào)易理論隨著世界經(jīng)濟形勢的變化和經(jīng)濟學理論的發(fā)展而不斷豐富，以國際貿(mào)易理論發(fā)展階段為主線來分析，其發(fā)展可分為三個階段：古典貿(mào)易理論、新古典貿(mào)易理論和現(xiàn)代貿(mào)易理論。國際貿(mào)易理論的發(fā)展和豐富呈現(xiàn)了國際進出口貿(mào)易的演變情況，為研究國際貿(mào)易中各國的經(jīng)濟行為提供了理論支撐，接下來就本文中所應(yīng)用到的部分國際貿(mào)易理論基礎(chǔ)進行簡要介紹。
2.1.1  比較成本學說
比較成本學說是英國古典經(jīng)濟學家大衛(wèi)?李嘉圖在 1817 年發(fā)表的《政治經(jīng)濟學及賦稅原理》一書中提出的，其繼承并發(fā)展了英國經(jīng)濟學家亞當?斯密提出的絕對成本學說。大衛(wèi)?李嘉圖認為一個國家不僅可以在本國商品相較于其它國家同種商品具有絕對優(yōu)勢時出口該商品，在本國商品相較于其它國家同種商品處于絕對劣勢時進口該商品，而且一個國家即便在生產(chǎn)上沒有任何絕對優(yōu)勢，只要與其它國家相比生產(chǎn)各種商品的相對成本不同，那么該國家仍可以通過生產(chǎn)相對成本較低的商品進行出口，從而換取該國家在生產(chǎn)中相對成本較高的產(chǎn)品，從而在貿(mào)易中獲得收益。
比較成本學說能夠較為準確的反應(yīng)國家貿(mào)易往來中的一般經(jīng)濟規(guī)律，該理論強調(diào)勞動價值在商品價值中的重要地位，為世界各國特別是經(jīng)濟和生產(chǎn)力相對落后的國家也能參與到國際分工體系，進行貿(mào)易往來提供了寶貴的理論支持，時至今日仍被視作是決定國際貿(mào)易格局的基本規(guī)律，是西方國際貿(mào)易理論的基礎(chǔ)。
2.2  復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論
復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)（Complex Network）,  是指具有自組織、自相似、吸引子、小世界、無標度中部分或全部性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是研究各類復(fù)雜性系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要手段，幫助人們深入理解現(xiàn)實中各種網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特征。
2.2.1  復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程
復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論起源于 18 世紀德國數(shù)學家歐拉對哥尼斯堡“七橋問題”的研究，并以此開創(chuàng)了圖論（Graph Theory），成為用網(wǎng)絡(luò)觀點描述客觀世界的開端，歐拉也因此被公認為圖論之父。在此后的兩個世紀里，圖論的研究進展相對緩慢，科學家們認為真實系統(tǒng)各因素之間的關(guān)系可以用某些規(guī)則結(jié)構(gòu)進行表示，因此在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時認為網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間的聯(lián)系遵循著既定的規(guī)則。規(guī)則網(wǎng)絡(luò)在圖論中有很嚴格的定義，即指每個節(jié)點度都相同的圖，也就是說網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的近鄰數(shù)目都相同。規(guī)則網(wǎng)絡(luò)往往強調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定性和對稱性，但對于現(xiàn)實中的大部分網(wǎng)絡(luò)而言，并不適用。直至 1959 年，兩位匈牙利數(shù)學家 Erdös 和 Rényi 創(chuàng)立出隨機圖理論（Random Graph Theory），由此誕生出一種新的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的方法，在這種方法下，兩個節(jié)點之間是否連邊不再是確定的事情，而是根據(jù)一個概率所決定。數(shù)學家們把這種完全隨機的網(wǎng)絡(luò)模型叫做隨機網(wǎng)絡(luò)，它在后半個世紀里一直被眾多科學家認為是描述真實系統(tǒng)最適宜的網(wǎng)絡(luò)。然而從某種意義上講，規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和隨機網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)中的兩種極端情況，近年來隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，科學家們發(fā)現(xiàn)大量的真實網(wǎng)絡(luò)既不屬于規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，也不屬于隨機網(wǎng)絡(luò)，而是呈現(xiàn)出與二者均不同的統(tǒng)計特征的一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。20 世紀末，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項具有開創(chuàng)性的研究成果，開啟了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的新紀元，其一是 Watts 和其導師 Strogatz 于 1998 年提出了一種介于規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和隨機網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)模型——小世界網(wǎng)絡(luò)模型（WS 模型），該模型不但具有高集聚系數(shù)的規(guī)則網(wǎng)絡(luò)特征，還具有較小平均路徑長度的隨機網(wǎng)絡(luò)特征。其二是 Barabasi 教授和其學生 Albert 于1999 年提出的無標度網(wǎng)絡(luò)模型（BA 模型），認為真實網(wǎng)絡(luò)自組織并表現(xiàn)出無標度特性的根本原因是“生長”和“偏好依附”兩個機制，指出很多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的度分度符合冪律分布。  第三章  鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)演化特征 ......................... 25
3.1 數(shù)據(jù)處理與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 ............................ 25
3.1.1 數(shù)據(jù)來源與處理 .................................... 25
3.1.2 鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 .......................... 26 
第四章  鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易關(guān)系鏈路預(yù)測 ....................... 76
4.1 鏈路預(yù)測模型有效性檢驗 ........................ 76
4.1.1 選取最優(yōu)算法 .............................. 76
4.1.2 選取潛在鏈接 ............................... 81
第五章  結(jié)論 ................................ 119
5.1  研究結(jié)論 .................................... 119
5.2  政策建議 ................................... 121
5.3  不足與展望 .................................. 123
第四章  鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易關(guān)系鏈路預(yù)測
4.1  鏈路預(yù)測模型有效性檢驗
在本小節(jié)，首先對四種主流算法的精確性進行檢驗以選取最優(yōu)算法，然后采用最優(yōu)算法對九種礦產(chǎn)貿(mào)易的潛在關(guān)系進行預(yù)測，通過比較預(yù)測鏈接在實際貿(mào)易中的成功比例，來對鏈路預(yù)測模型的有效性進行檢驗，證明該算法在實證網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的可靠性。
4.1.1  選取最優(yōu)算法
利用 CN，AA，RA，PA 四種主流算法分別對測試集和不存在的鏈接關(guān)系集進行計算，并按算法得分的高低對這些鏈接進行排序。得分越高，說明該不存在的鏈接在未來更有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖诘逆溄樱创随溄訉?yīng)的國家對更容易在未來發(fā)生貿(mào)易關(guān)系。本部分通過對四種算法對應(yīng)的精確性指標 AUC 進行比較，來找到最合適的算法，AUC 得分越高說明其對應(yīng)的算法準確度越高。
在網(wǎng)絡(luò)類型的選擇上，基于兩點考慮選擇有向無權(quán)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測。第一選擇有向網(wǎng)絡(luò)即考慮國家間貿(mào)易的指向性，可以結(jié)合國家進出口貿(mào)易額的總量數(shù)據(jù)來對預(yù)測出的潛在鏈接進行篩選，例如出口額大的國家往往更適合擔任出口國的角色，先天資源稟賦低的國家往往進口需求大。選擇有向網(wǎng)絡(luò)也可將形成的鏈接加入模體分析中，通過查看增加的局部貿(mào)易結(jié)構(gòu)來分析該潛在鏈接對貿(mào)易流的推動作用。第二在邊權(quán)上選擇無權(quán)，可以將進出口大國在貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中的聚集作用消除，只在考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即貿(mào)易渠道的連通性上進行分析預(yù)測，使進出口小國之間預(yù)測鏈接的可能性浮現(xiàn)，有利于發(fā)現(xiàn)更多更有可能實現(xiàn)的貿(mào)易鏈接。 第五章 結(jié)論
5.1 研究結(jié)論
能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，自工業(yè)革命以來，常規(guī)能源大規(guī)模的開采使用，使全球面臨能源短缺和環(huán)境污染等諸多問題，尋找新型可循環(huán)利用的清潔能源刻不容緩，鋰離子電池作為一種新型能源，具有能量密度高、輸出功率大、安全性能好、循環(huán)壽命長、清潔無污染等諸多優(yōu)點在新能源的開發(fā)利用中占有重要地位。本研究選取鋰離子電池生產(chǎn)所需的九種重要礦產(chǎn)作為研究對象，應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法，通過構(gòu)建礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)定量分析九種原材料礦產(chǎn)的貿(mào)易規(guī)律，研究其國際貿(mào)易整體格局，并對進出端重要國家的影響力進行分析，探索我國在鋰離子電池主元素原材料礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中的地位及演變規(guī)律，應(yīng)用模體分析方法，研究了九種礦產(chǎn)原材料國際貿(mào)易中的主要局部貿(mào)易模式，最后構(gòu)建鏈路預(yù)測模型，對九種礦產(chǎn)原材料國際貿(mào)易中的潛在貿(mào)易鏈接進行預(yù)測，為各國尋找合適的貿(mào)易伙伴提供理論方法，從而拓寬其進出口貿(mào)易渠道，增強礦產(chǎn)貿(mào)易安全性。
現(xiàn)對全文主要研究結(jié)論進行如下總結(jié)：
1.  在鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易總體規(guī)模方面，本文以國家數(shù)量和貿(mào)易關(guān)系數(shù)量來進行衡量，發(fā)現(xiàn)鈷和鎳的貿(mào)易規(guī)模較小，石墨和鐵的貿(mào)易規(guī)模相對較大，鋰、錳、銅和鈦的貿(mào)易規(guī)模處在中游水平。在鋰離子電池主元素原料礦產(chǎn)國際貿(mào)易總體貿(mào)易額方面，Cu 和 Fe 兩種礦產(chǎn)作為工業(yè)生產(chǎn)中的最常用的金屬礦產(chǎn)，其貿(mào)易額在 9 種礦產(chǎn)中占比十分突出，Cu 礦占比 28.66%，F(xiàn)e 礦更是達到了 60.76%，這兩種礦產(chǎn)承擔了總體貿(mào)易額的近 90%，遠高于其它 7 種礦產(chǎn)。Cu 在十年中總體呈現(xiàn) 600 億美元以上的貿(mào)易狀況，F(xiàn)e 則達到了千億美元的貿(mào)易狀況。Al、Mn、Ni、Ti四種礦產(chǎn)的的貿(mào)易額處在中游水平，總體貿(mào)易額在 20 億美元至百億美元間。C、Co、Li 三種礦產(chǎn)的貿(mào)易額在九種礦產(chǎn)中處于下游水平，貿(mào)易額總體在 25 億美元之下。
2.  以網(wǎng)絡(luò)密度指標來對九種礦產(chǎn)的市場密度進行衡量，發(fā)現(xiàn)九種礦產(chǎn)國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的密度在 0.05 至 0.12 之間。其中，鈦的國際貿(mào)易市場密度較高，而鈷和鎳的國際貿(mào)易市場密度較為遜色。用進出口額前 8 的國家或地區(qū)（CR8）所占的貿(mào)易額比例來對產(chǎn)業(yè)集中度指數(shù)進行測算，發(fā)現(xiàn)鋰離子電池主元素原料所包含的九種重要礦產(chǎn)其市場的進出口集中度都在均在 0.7 以上，屬于極高寡占型市場。
參考文獻（略）