本文是一篇國際貿易論文，本研究選取鋰離子電池生產所需的九種重要礦產作為研究對象，應用復雜網絡方法，通過構建礦產國際貿易網絡定量分析九種原材料礦產的貿易規律，研究其國際貿易整體格局，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國際貿易網絡中的地位及演變規律，應用模體分析方法，研究了九種礦產原材料國際貿易中的主要局部貿易模式，最后構建鏈路預測模型，對九種礦產原材料國際貿易中的潛在貿易鏈接進行預測，為各國尋找合適的貿易伙伴提供理論方法，從而拓寬其進出口貿易渠道，增強礦產貿易安全性。
第一章  緒論
1.1  研究背景
能源是人類生存和社會發展的物質基礎，然而隨著全球經濟的高速發展，近年來能源短缺、生態惡化、環境污染等問題逐步加深，并且由于能源的生產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成為影響國際政治、經濟局勢的重要因素。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，傳統的化石能源隨著人類社會發展的需要而不斷被采掘，已經日漸枯竭，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、循環壽命長、清潔無污染等諸多優點在新能源的開發利用中占有重要地位。近年來，鋰離子電池市場呈現快速增長態勢，并已逐步被廣泛應用到手機、電腦、數碼相機、航空航天、小型電子器件、機電以及軍事通訊等各大領域。鋰離子電池在市場中出現不到 30 年，但其已經占據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，根據中國汽車工業協會統計，我國在 2018 年新能源汽車的產量為 127 萬輛，較上年同比增長 59.9%，根據中國汽車動力電池產業創新聯盟統計，2018 年我國動力電池裝車量達到 56.92GWh，較上年同比增長 56.3%。據學者統計，我國已經成為世界上最大的鋰離子電池制造商，2016 年的產量為 63.7GWh，占據市場份額的 50%以上[2-3]，而在 2018 年我國鋰離子電池產量已達到 124.2GWh，較 2016 年增長了近一倍。鋰離子電池產業的迅速發展引起了全球資源問題的關注，鋰離子電池對 Li、Co、Ni、C 等礦產資源的消耗占據鋰離子電池總成本的 50~70%[4]，礦產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。
我國是一個礦產資源大國，礦產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，根據美國地質調查局數據顯示[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
礦產資源在全球的分布具有區域集中性，很少有國家能僅依靠本國自身的礦產存儲來滿足其工業生產的需要，因此國家間通過國際貿易的手段將優勢礦產輸出，將稀缺礦產進口，以滿足本國的供需平衡。近年來隨著新能源產業的快速發展，尤其是電動能源汽車的大量生產，鋰離子電池的消耗量激增，其上游生產原材料礦產的大量消耗給全球供需平衡帶來了巨大的危機和挑戰。并且隨著經濟全球化的深入發展，國家之間貿易來往越來越頻繁，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貿易中的角色、影響力均不同，并且隨著國際形勢的動蕩起伏，礦產整體貿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易存在大量風險。因此，對鋰離子電池主元素原料礦產當前的貿易格局以及演變情況有一個清楚的了解，對本國在礦產貿易中的角色、地位、影響力有一個明確的認知，是十分必要的。在規避國際貿易風險中，尋找新的、合適的貿易伙伴，拓寬貿易渠道，增加進出口端貿易的多樣化程度，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作為研究對象，運用復雜網絡方法、模體方法，以宏觀和微觀相結合的視角，對九種礦產國際貿易的整體格局以及局部貿易模式進行了分析，并通過與典型國家的比對，深入探究了我國在礦產進出口端的影響力。在現有網絡結構以及分析基礎上，構建鏈路預測模型對九種礦產貿易國伙伴關系做出預測，找到在未來一段時間內可能建立真實貿易關系的國家/地區對，為這些國家在尋找合適貿易伙伴，開拓貿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國際貿易研究中，將復雜網絡方法與模體分析方法進行結合，以宏觀和微觀視角，對九種礦產國際貿易的整體格局以及局部貿易模式進行了分析，豐富了礦產國際貿易網絡的研究思路。在對貿易伙伴關系的預測中，構建有向鏈路預測模型，使預測結果包含方向性，在分析貿易鏈接規則上，引入網絡模體方法，探究了被預測成功鏈接形成過程對網絡中重要模體新增的促進作用，拓展了礦產國際關系預測的研究思路。
實際意義：面對復雜多變的國際貿易環境，對鋰離子電池主元素原料礦產的貿易格局及演變情況進行研究，可了解我國在貿易中的地位和影響力，為我國的貿易政策優化提供理論價值。鏈路預測方法可基于現有的國際貿易網絡拓撲結構為未來貿易關系進行預測，我國可以依據預測結果，提前為貿易建交進行籌備，為我國在國際貿易伙伴選擇上提供決策參考。
第二章  理論基礎
2.1  國際貿易相關理論
國際貿易對全球經濟發展起到了巨大的推動作用，是世界各國參與國際分工，實現社會再生產順利進行的重要平臺，有利于各國市場供求關系的穩定，是世界各國對外經濟關系的核心。國際貿易理論隨著世界經濟形勢的變化和經濟學理論的發展而不斷豐富，以國際貿易理論發展階段為主線來分析，其發展可分為三個階段：古典貿易理論、新古典貿易理論和現代貿易理論。國際貿易理論的發展和豐富呈現了國際進出口貿易的演變情況，為研究國際貿易中各國的經濟行為提供了理論支撐，接下來就本文中所應用到的部分國際貿易理論基礎進行簡要介紹。
2.1.1  比較成本學說
比較成本學說是英國古典經濟學家大衛?李嘉圖在 1817 年發表的《政治經濟學及賦稅原理》一書中提出的，其繼承并發展了英國經濟學家亞當?斯密提出的絕對成本學說。大衛?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上沒有任何絕對優勢，只要與其它國家相比生產各種商品的相對成本不同，那么該國家仍可以通過生產相對成本較低的商品進行出口，從而換取該國家在生產中相對成本較高的產品，從而在貿易中獲得收益。
比較成本學說能夠較為準確的反應國家貿易往來中的一般經濟規律，該理論強調勞動價值在商品價值中的重要地位，為世界各國特別是經濟和生產力相對落后的國家也能參與到國際分工體系，進行貿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易格局的基本規律，是西方國際貿易理論的基礎。
2.2  復雜網絡理論
復雜網絡（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的網絡。復雜網絡是研究各類復雜性系統內部結構和性質的重要手段，幫助人們深入理解現實中各種網絡的本質特征。
2.2.1  復雜網絡的發展歷程
復雜網絡理論起源于 18 世紀德國數學家歐拉對哥尼斯堡“七橋問題”的研究，并以此開創了圖論（Graph Theory），成為用網絡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各因素之間的關系可以用某些規則結構進行表示，因此在構建網絡時認為網絡中任意兩個節點之間的聯系遵循著既定的規則。規則網絡在圖論中有很嚴格的定義，即指每個節點度都相同的圖，也就是說網絡中每個節點的近鄰數目都相同。規則網絡往往強調網絡結構的確定性和對稱性，但對于現實中的大部分網絡而言，并不適用。直至 1959 年，兩位匈牙利數學家 Erdös 和 Rényi 創立出隨機圖理論（Random Graph Theory），由此誕生出一種新的構造網絡的方法，在這種方法下，兩個節點之間是否連邊不再是確定的事情，而是根據一個概率所決定。數學家們把這種完全隨機的網絡模型叫做隨機網絡，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最適宜的網絡。然而從某種意義上講，規則網絡和隨機網絡是網絡中的兩種極端情況，近年來隨著計算機技術的高速發展，科學家們發現大量的真實網絡既不屬于規則網絡，也不屬于隨機網絡，而是呈現出與二者均不同的統計特征的一種復雜網絡。20 世紀末，復雜網絡領域出現了兩項具有開創性的研究成果，開啟了復雜網絡研究的新紀元，其一是 Watts 和其導師 Strogatz 于 1998 年提出了一種介于規則網絡和隨機網絡之間的網絡模型——小世界網絡模型（WS 模型），該模型不但具有高集聚系數的規則網絡特征，還具有較小平均路徑長度的隨機網絡特征。其二是 Barabasi 教授和其學生 Albert 于1999 年提出的無標度網絡模型（BA 模型），認為真實網絡自組織并表現出無標度特性的根本原因是“生長”和“偏好依附”兩個機制，指出很多復雜網絡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國際貿易網絡演化特征 ......................... 25
3.1 數據處理與網絡構建 ............................ 25
3.1.1 數據來源與處理 .................................... 25
3.1.2 鋰離子電池主元素原料礦產國際貿易復雜網絡構建 .......................... 26 
第四章  鋰離子電池主元素原料礦產國際貿易關系鏈路預測 ....................... 76
4.1 鏈路預測模型有效性檢驗 ........................ 76
4.1.1 選取最優算法 .............................. 76
4.1.2 選取潛在鏈接 ............................... 81
第五章  結論 ................................ 119
5.1  研究結論 .................................... 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國際貿易關系鏈路預測
4.1  鏈路預測模型有效性檢驗
在本小節，首先對四種主流算法的精確性進行檢驗以選取最優算法，然后采用最優算法對九種礦產貿易的潛在關系進行預測，通過比較預測鏈接在實際貿易中的成功比例，來對鏈路預測模型的有效性進行檢驗，證明該算法在實證網絡中應用的可靠性。
4.1.1  選取最優算法
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變為存在的鏈接，即此鏈接對應的國家對更容易在未來發生貿易關系。本部分通過對四種算法對應的精確性指標 AUC 進行比較，來找到最合適的算法，AUC 得分越高說明其對應的算法準確度越高。
在網絡類型的選擇上，基于兩點考慮選擇有向無權網絡進行預測。第一選擇有向網絡即考慮國家間貿易的指向性，可以結合國家進出口貿易額的總量數據來對預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。選擇有向網絡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易結構來分析該潛在鏈接對貿易流的推動作用。第二在邊權上選擇無權，可以將進出口大國在貿易網絡中的聚集作用消除，只在考慮網絡結構即貿易渠道的連通性上進行分析預測，使進出口小國之間預測鏈接的可能性浮現，有利于發現更多更有可能實現的貿易鏈接。 第五章 結論
5.1 研究結論
能源是人類賴以生存和社會發展的物質基礎，自工業革命以來，常規能源大規模的開采使用，使全球面臨能源短缺和環境污染等諸多問題，尋找新型可循環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、循環壽命長、清潔無污染等諸多優點在新能源的開發利用中占有重要地位。本研究選取鋰離子電池生產所需的九種重要礦產作為研究對象，應用復雜網絡方法，通過構建礦產國際貿易網絡定量分析九種原材料礦產的貿易規律，研究其國際貿易整體格局，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國際貿易網絡中的地位及演變規律，應用模體分析方法，研究了九種礦產原材料國際貿易中的主要局部貿易模式，最后構建鏈路預測模型，對九種礦產原材料國際貿易中的潛在貿易鏈接進行預測，為各國尋找合適的貿易伙伴提供理論方法，從而拓寬其進出口貿易渠道，增強礦產貿易安全性。
現對全文主要研究結論進行如下總結：
1.  在鋰離子電池主元素原料礦產國際貿易總體規模方面，本文以國家數量和貿易關系數量來進行衡量，發現鈷和鎳的貿易規模較小，石墨和鐵的貿易規模相對較大，鋰、錳、銅和鈦的貿易規模處在中游水平。在鋰離子電池主元素原料礦產國際貿易總體貿易額方面，Cu 和 Fe 兩種礦產作為工業生產中的最常用的金屬礦產，其貿易額在 9 種礦產中占比十分突出，Cu 礦占比 28.66%，Fe 礦更是達到了 60.76%，這兩種礦產承擔了總體貿易額的近 90%，遠高于其它 7 種礦產。Cu 在十年中總體呈現 600 億美元以上的貿易狀況，Fe 則達到了千億美元的貿易狀況。Al、Mn、Ni、Ti四種礦產的的貿易額處在中游水平，總體貿易額在 20 億美元至百億美元間。C、Co、Li 三種礦產的貿易額在九種礦產中處于下游水平，貿易額總體在 25 億美元之下。
2.  以網絡密度指標來對九種礦產的市場密度進行衡量，發現九種礦產國際貿易網絡的密度在 0.05 至 0.12 之間。其中，鈦的國際貿易市場密度較高，而鈷和鎳的國際貿易市場密度較為遜色。用進出口額前 8 的國家或地區（CR8）所占的貿易額比例來對產業集中度指數進行測算，發現鋰離子電池主元素原料所包含的九種重要礦產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）