解释城市｜新加坡、纽约等大城市之间的高级网络关系如何？

[编辑的话]

在传统的城市网络中，城市互动的方式通常是城市对城市。（city pair）这种形式的出现，一条表示相互作用的边缘连接着两个城市，形成了城市网络的基本单元。即便是多个城市之间的集群特征和社区结构，仍然是从一个城市对的基本单位出发进行探讨。在具体的城市网络结构中，通常包含比这些基本单元更复杂的动力结构。本期将从高级网络的角度解读城市复杂的互动关系，共同探索城市网络未来的发展方向。

第一，从城市到城市“群聊”

假如把世界上所有城市的某种互动画成一个网络，不难想象，同一个国家的城市也会有类似的特点和特点。比如在全球城市网络中，中国城市普遍表现出总量优势和人均劣势的特点。以上海、北京、深圳为代表的国内城市，一般位于网络的中心位置，以一些总量指标(如人口流动总量、外商直接投资等)构建的城市网络。).但在一些人均指标中，如人均生产性服务机构数量、人均对外投资等。，这些城市很难进入网络的核心层面。美国纽约、洛杉矶、旧金山、芝加哥等地的人均GDP普遍较高，在全球城市网络中也表现出人均指标的优势。

同样，同样文化圈的城市和历史脉络相似的城市也应该在全球城市网络的大图景中反映出类似的集群。因此，虽然单一元素流构建的城市网络明显聚集了这些城市，但它们无法描述这些集群之间的其他互动。这些非常明显的聚类在表达集群的互动特征和捕捉其他未知变量方面几乎没有效果。

一些网络学者开始考虑如何在一个网络中考虑各种类型的互动。比如上海、北京、深圳能否以城市集群的形式出现在世界城市网络中。毕竟他们在某种程度上都表现出类似的特征。另外，是否可以在一张图片中表达不同城市之间的多种形式的互动(多层网络除外)。以超图（hypergraph）和单纯形（simplex）为高级城市网络提供了一种优秀的方式，主要工具。

超图和简单形式：表达高级网络的两种形式

所谓超图，就是一般网络的推广方式。在传统的网络中，我们通常会根据单一的因素流量来构建网络，网络的节点也是单一的城市，网络的侧面代表着单一的互动形式。超图则提供了一种推广形式，多个城市可以共同成为一个节点。举例来说，如果把城市比作一个人，传统的城市网络就是我们微信通讯录里的一个人，只能点对点对话。而且高级城市网络就是我们微信通讯录里的群聊。由于一个人，或多个人，不同的群聊之间会形成相关的“边缘”，这就是超边。（hyperedge）。

在图1 作者绘制了一个简单的城市网络。北京、上海和香港是中国的大都市，具有相似的文化特征。纽约、芝加哥和洛杉矶是美国的大都市，有更多的文化互动。香港和新加坡都是经济特征完整的城市，经济属性相似。新加坡和纽约在金融和金融互动方面有更多的合作。这七个城市的高级网络是根据这些互动特征建立起来的，从而构成了多种属性的超边，如国家特征、城市特征和金融合作。

另一种表达高级网络的方式是简单的形式（Simplex），简单的复形就是几个顶点相互连接的一种拓扑结构。说白了，就是线段和三角形的推广形式。比如二维的简单形状就是一个三角形。在三角形中，三个顶点是相互连接的(类似于三个人的群聊)。三维的简单形状是四面体，四个顶点是相互连接的。所以，简单的k维复形就是一个包含k维的复形。 一个城市的群聊。

同样，以上述高级城市网络为例，北京、上海和香港形成了群聊，形成了二维简约形状。纽约、芝加哥和洛杉矶是另一个简单的形状，香港、新加坡、新加坡和纽约是一个简单的形状。这样的高级网络本质上是由四个简单的网络复合体组成的，有时也被称为简单的复合体。（simplicial complex）。

图1 城市网络以超图和简单的形式表达。
资料来源：作者绘制

未来的方向和挑战

在这个概念的基础上，一个非常重要的问题是，这样的城市网络和传统的城市网络有什么区别？这也是作者所期待的问题。目前，高级网络在复杂网络中仍处于起步阶段，在城市网络中的应用和实践还没有得到广泛应用。因此，这些差异尚不清楚，但一些高级网络动力学的特殊特征给了我们一些探索和启发。

例如，在高级网络中，节点不仅与邻居节点有关，还受其集群的影响。高级互动对节点的影响是复杂的。此外，一些传统网络中临界变化所需的条件也会在高级网络中发生变化，如网络的临界变化和网络的稳定状态。但是也有一些类似的方面，比如网络的中心性等一些基本特征还是会存在的，等等。

而以高级网络的方式解读城市网络也会遇到一些实际问题，其中，最重要的问题是城市之间不同的互动方式和元素流动方式如何影响高级城市网络的特点和特点尚不清楚。目前，如何构建有效的高阶网络指标来衡量和解读城市，也处于起步阶段。即便如此，随着城市平台功能的完善，在复杂的平台上用先进的网络描绘经济与社会的互动仍然是一个光明的方向。

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“解释城市”栏目由上海发展战略研究所戴跃华博士主持，关注城市科学发展的前沿趋势，解释城市科学和城市人类行为动力学的一般特征和规律，探索利用前沿城市科学理论改善城市治理的路径和方法。

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