張 輝

(武漢船舶職業技術學院，湖北武漢 430050)

大宗商品電子交易市場建模與自動協商議價研究

張 輝

(武漢船舶職業技術學院，湖北武漢 430050)

國際大宗商品交易直接影響到國民經濟體系，真實場景下的大宗商品電子交易平臺需要一個適應超大規模業務量的具有自治性和智能性的監管系統。本文針對大宗商品電子交易平臺建設所需要的關鍵理論與技術進行了較全面的研究分析，構建了大宗商品電子交易市場體系結構，定義了市場說明語言語法與議價環境的邏輯表示，設計了多邊多議題自動協商議價邏輯模型與離散化算法，為自動協商議價大宗商品電子交易平臺的建設提供了一定的理論支撐。

大宗商品；電子交易；建模

改革開放30多年來，我國經濟發展取得了舉世矚目的成就，經濟總量在2010年就超過日本躍居全球第二，貿易總額在2013年超過美國位居全球第一。實體經濟發展對大宗商品有著非常廣泛的風險管理需求,對大宗商品的風險管理也提出了更為精細化和個性化的需求。

大宗商品(Bulk Stock)指可進入流通領域，但非零售環節，具有商品屬性用于工農業生產與消費使用的大批量買賣的物質商品,如原油、有色金屬、農產品、鐵礦石、煤炭等。大宗商品多是其供需狀況的期貨及現貨價格變動會直接影響到整個經濟體系。電子交易中心指為交易商提供及時的開展現貨交易的電子商務平臺并能夠提供配套物流服務的法人，電子交易中心提供可靠、安全、開放的電子交易系統平臺，并對電子交易信息管理系統進行維護。目前國內有3家商品期貨交易所，以及1021家現貨交易中心(2015年數據)，主要以電子交易平臺形式存在，而大宗商品電子交易市場超過了四百家，年交易額超過了12萬億，品種涉及到能源、煤炭、化工、農產品等十多個領域，數百個品種。大宗商品電子交易市場已經成為了我國現代商品市場流通體系的重要組成部分，合理的建設和規范的發展，將有利于搞活我國現貨商品流通銜接產需合理配置資源，推動區域經濟發展。因此，大宗商品交易相關的交易信息、價格影響、市場分析及交易平臺等科學問題受到業內及研究人員的高度關注。

大宗商品電子交易平臺是一個典型的多邊多議題協商，在超大規模的交易系統中，人工無法實現交易商、交易程序、物流、金融和信息的監督和管理；而且，單一的市場規則和工作流程無法規范和約束大宗商品電子交易的運營流程。真實場景下的大宗商品電子交易平臺需要一個適應超大規模業務量的具有自治性和智能性的監管系統。

1 關鍵理論與技術分析

真實場景下大宗商品電子交易平臺的自治交易流程的形式化表示與自動化執行，涉及的關鍵理論與技術主要包括交易市場模型與策略的形式化描述與評估、大宗商品電子交易市場的描述語言的語法與語義表示、交易商需求與風險接受度和偏好的邏輯表示、多人多議題交易的議價環境模型構建與邏輯議價解等。

1.1 交易市場模型與策略的形式化描述與評估

在經濟及資源分配領域，市場是用于買賣雙方交換商品、服務、信息和資源的機構或機制。一般說來，市場中包含兩種角色：交易者和市場管理者。市場管理者制定市場規則，監管并實施不同交易者在一定的價格上交換商品的所有權；交易者參與市場交易，購買或售賣商品或服務。

現有市場模型的研究主要集中在利益優化、價格構成和激勵措施，缺少市場機制的設計、開發與效率評估等方面研究。市場交易的參與者和市場規章制度的制定者更關心市場的制度、差異性及相互的協作，而不是理論及經驗數據的指導。因此，如何在給定的市場模型下，形式化說明市場策略，并評估這些策略的執行效率和有效性，對市場機制的設計、分析及開發具有重要的指導意義。

市場策略是交易管理員對市場管理、監控及執行的一系列行為準則。真實場景下，大宗商品的電子交易具有超大的業務規模，手工管理與人工執行不切實際，而且容易出現人為錯誤。

1.2 大宗商品電子交易市場的描述語言語法與語義

大宗商品電子交易市場的描述對象包括交易商及其競價行為、管理員及其監管行為、消息收發、市場狀態和時間量等。電子交易市場模型中，約定存在一類(或一個)稱作市場管理員的角色，其行為遵循特定的規則；交易商通過收發消息實現與市場的交互，并觸發市場狀態的遷移。Stanford大學的Michael Genesereth定義了一種博弈描述語言GDL(Game Description Language)，其語法結構與Datalog程序類似，通過一個事實集合描述博弈過程的狀態點，采用邏輯規則表示博弈機制。GDL的基本要素，如角色、環境狀態、并發動作和更新函數等，可以被電子交易市場語言移植復用。

市場是一個動態變化的機制，隨著競價單的接收或者交易處理，市場的情形發生變化。顯然，其狀態的變化源于市場管理員的動作或者交易商向市場發出的消息，正是這些動作和消息觸發狀態的變遷。對電子交易市場語言而言，需要包含自然數、實數和標準的數值與關系運算符等基本語言要素，這些要素繼承標準的形式語義。

1.3 交易商需求、風險接受度和偏好的邏輯表示

議價是一個多交易商相互交互達成最終一致的過程，該過程在交易商需求、風險接受度和偏好等因素組成的議價環境下完成，在這里可以定義給出一個四元組議價環境(A,D,≥1,≥2)，其中A是一個可能的邏輯一致集合，D是不一致集合，≥1和≥2表示偏好序列。a≥2b表明交易商偏好a高于b。

交易商的需求是一組邏輯申明，參與議價的交易商的需求可能是矛盾或沖突的，表現為邏輯不一致性。對交易商個體而言，需求具有完備、自反及傳遞性，需求項的元素序列表明交易商的需求強度；偏好泛指交易商的價值和愛好取向，屬于交易商的私有信息，與需求無必然關聯，需求是公有信息。交易商需求具有非空性，否則不能作為市場交易者，也不參與邏輯議價。交易商的需求可記做一個二元組(X,≥)，其中X是一組邏輯一致的命題，≥是X上的完備、自反且傳遞關系。

基數偏好是一個定量的值，在實際應用中難于獲取；相反，交易商易于表達自身偏好的序數關系。風險接受度是一個和態度有關的特例偏好，具有冒險傾向的交易商更堅持容易引起沖突的需求，且會賦予容易引起沖突的需求較高位序。

1.4 多人多議題交易的邏輯議價解

基于多邊多議題自治協商是大宗商品電子交易平臺的最關鍵最核心的理論基礎與技術支撐。多邊議價與協商涉及多方意愿和需求的表達，其最終的目標是和解需求的沖突，達成可以共同接受的一致。所以，議價是一個通過交互達成一致的過程。從協商形式化系統角度看，首先需要建立一個議價環境模型，它是實現自動協商的基礎工作。

Nash議價解是現代經濟理論中最為基礎的模型之一，已經在經濟、社會科學和管理科學中得到廣泛的運用。Nash最早定義議價環境為一個二元組(S,d)，其中S?R2，表明S包含于二維歐幾里德空間，是滿足一致性的效用對集合；d∈S是不一致效用對，議價解為能賦予每一個議價環境一個可能S效用對的規則。Nash議價模型提供了一個簡單的看似優美的數學解，實現了議價環境的定量分析。但是，Nash模型很難實際應用，現實的議價環境很難用數字規模加以表述，特別針對社會性較高的情形，協商的益損無法直接通過數值進行評估。大規模多邊多議題的自動議價與協商問題，已經在電子商務、資源分配、Web服務及人工智能等領域得到廣泛關注。

2 大宗商品電子交易市場的模型與策略

真實情景下大宗商品電子交易需要分析市場的組成及特征，以便規范市場策略及其評價準則。在交易市場機制中，需要設計一個統一競價池接收交易商的競價單，交易管理員建立市場機制并監管交易活動，需分別制定競價單策略函數(交易商買賣出價單審核)、匹配策略函數(交易商需求匹配)、清零策略函數(交易處理時間選擇與競價池清空)、價格策略函數(匹配策略及清零策略后市場實際價格選擇的規范)，并分別從受益率、匹配效率、交易規模和聚合速度等四方面評價市場策略。

2.1 市場模型

在多商品(議題)交易中，采用商品名稱標識子市場，因此真實市場M包含多個不同商品的交易子市場，記做M={A1,A2,…An}。其中，Ai表示任意商品子市場。本項目約定，指定商品的交易市場的管理員m，m是市場的管理、協調及監管人；商品購買人對指定商品的購買出價形式化表示為：b(x,t,u,≤P)，表示購買人x在時間t購買u計量的商品Ai出價為≤P；商品出售人對指定商品的出售出價形式化表示為：s(x,t,u,≥P)，表示購買人x在時間t購買u 計量的商品Ai出價為≥P；商品交易雙方的出售和購買行為統稱為競價o。顯然，上述交易成功的基本條件包括：時間同一性、商品交易量最小化原則和價格區間非空覆蓋性。大宗商品電子交易市場體系結構如下圖1所示。

圖1 大宗商品電子交易市場體系結構圖

2.1 市場策略

大宗商品電子交易市場體系結構中的多商品(議題)交易中，通過上述對多個交易子市場的形式化表示，需進一步定義一組市場策略。

-接受策略：函數φ:X→{1，0}，其中X為交易商提供交易請求消息集合，函數指派成真或者假；

-價格策略：函數γ:2X→2X×X，對任意H?X，如果(x ,y)∈γ(H)，則x∈Hs，y∈Hb且p(x)≤p(y)。其中，Hs和Hb分別為銷售交易商和購買交易商交易請求消息，p( )為價格函數；

-匹配策略：函數η:M→R，指派一個正實數。表明清零價格具有屬性(x,y)∈M，p(x)≤η(x,y)≤p(y)。

-清空策略：清空策略決定市場交易執行和發生的時間，受市場類型確定。

在上述市場模型和策略下，分別從市場受益率、匹配效率、交易規模和收斂速度等四個方面進評估。其中，匹配策略的評估采用改進的4-heap算法，以產生高效穩定的匹配結果。

3 大宗商品市場說明語言語法與議價環境的邏輯表示

針對大宗商品電子交易平臺的建設，需要定義一套面向大宗商品電子交易的市場說明語言(在研究中將這種市場說明語言命名表示為MSL4BSET)，以形式化描述市場政策、交易規范及其業務流程等。這里定義的市場說明語言，是對博弈描述語言GDL的修改和擴展，分別從語法層次定義術語、原子、文字及子句，繼承傳統的數值計算及關系運算符號及其語義，定制一組謂詞符號增強其描述能力，增加語法限制，約束定制的謂詞邏輯的語義解釋。采用命題邏輯申明表示議價環境中交易商的需求、偏好及風險接受度，研究多邊多議題協商的需求基本屬性及優先劃分，建立需求強度層次體系及需求信念的修正操作符。

大宗商品電子交易市場說明語言是針對GDL語言的剪裁和擴展，其語法構成如下：

-術語：變量、常量、函數符號；

-原子：謂詞符號；

-文字：文字及其否定；

-子句：文字合取范式到原子的蘊含；

-自然數、實數及其相關的數值及關系運算符號。

為了滿足大宗商品電子交易市場的基本語義描述需求，該定制語言需要預先定義下列謂詞符號(見表1)。

表1 MSL4BSET語言自定義謂詞符號

上述謂詞符號為MSL4BSET語言的自定義謂詞符號，作為原子使用。市場描述語言是對市場狀態的描述，采用市場狀態遷移圖表示系統刻畫市場情形的變遷。因此，把市場定義為一個五元組：

Ai=(S0,T, l(a,s,t),u(a,me,s,t),o(a,me,s,t))，其中：

-S0為市場初始態；

-T為終態集合；

-l(a,s,t)定義市場管理員 m 在時間 t 和市場狀態s發出可能動作a；

-u(a,me,s,t)定義在時間t和市場狀態s下，市場管理員給出動作a或者接收到消息me后，觸發后繼狀態的遷移(狀態更新)；

-o(a,me,s,t)定義在時間t和市場狀態s下，市場管理員給出動作a或者接收到消息me后，市場管理員發出一個消息。

對上述表1中給出的自定義謂詞符號作一定語法限制。按照市場狀態遷移在外部消息和動作下的派生關系，得到狀態遷移圖G。G是一個有向帶標圖，其中結點是謂詞符號，正向邊是蘊含關系的表達。市場執行過程表現為一個狀態序列：S0→S1→…→Sn。S0為初始態，在time(0)的狀態。

根據不同市場類型，給出基于MSL4BSET的市場形式化說明。描述現實市場的一組事實，用于自動協商議價。

4 多邊多議題自動協商議價邏輯模型與離散化算法

在真實場景下大宗商品電子交易平臺的自治交易流程的形式化表示與自動化執行研究中，采用命題邏輯描述議價環境和交易者偏好，假定市場管理員及市場機制是公平的仲裁人，獲悉完全的協商信息，最終達成的協商一致是所有交易者接受的和解。在離散領域，得到一個議價問題的定性解，但是更多情形下，議價針對連續領域，因此需要一個針對連續領域的離散化過程，關聯基于邏輯的解和數值議價解。

建立協商議價的邏輯模型，假定命題語言L，L語言的基本要素包括命題變量及標準的命題運算符。與經典的命題邏輯相同，邏輯運算符號包括{┐,∨,∧,→}，命題采用小寫字母表示，形如φ,γ等。此外，可導出符號為α。

L上的交易商需求為一個偶對(X,≥)，X是關于交易商意愿表達的邏輯一致的有限命題結合，≥是X上的完備、自反與傳遞關系。為表達交易商需求的強烈程度，X中關于交易商意愿的排序表征其主觀堅定系數。因此，一個交易市場的交易環境可以表示為n元組[(X1,≥1),(Xs,≥s),…,(Xn,≥n)]，其中n為電子交易市場中參與協商議價的交易商總數。對協商議價環境而言，如果存在任意Xi為空集，表明環境不一致。

一個交易的協商議價解是一個函數f，函數f指派一個可能的議價結果。對任意協商議價任務D=[(Xi,≥i)],i∈N指標集，f(G)=(f1(G),f2(G),…,fn(G))，其中fi(G)?Xi。協商議價的目標是得到一個任務D的一致，記作A(D)。

圖2 不同交易商的邏輯需求結構圖

連續領域的離散化后，按照前面所述方式構造用戶需求的層次結構，計算協商議價解。

5 結 語

隨著大宗行業進入新一輪機遇期，與實體經濟的跨界融合被視為產業創新發展的主流方向，以互聯網等電子商務為平臺的電子交易平臺將會逐漸替代傳統的交易平臺。而大宗商品電子交易，特別是國際大宗商品電子交易，對國民經濟具有重要影響，真實場景下的大宗商品電子交易平臺更需要一個適應超大規模業務量的具有自治性和智能性的監管系統。本文主要從理論和需求技術上進行了分析，研究設計實現自治交易流程的形式化描述及基于邏輯分析與推理的自動議價求解，為在大宗商品電子交易領域的宏觀調控方面提供一定的決策依據和借鑒。

1GB/T18769.中華人民共和國國家標準大宗商品電子交易規范[S].2003(2012修訂).

2 王家華,曹路,金祥意,姚天順.線性遞歸DataLog程序優化算法[J].控制與決策,2000(01)：59-62.

3 石曉梅,馮耕中,邢偉.大宗商品電子交易市場關鍵風險識別研究:基于實證的探討[J].管理評論,2010(12):53-59.

4 劉斌.我國大宗商品電子交易市場發展思考[J].合作經濟與科技,2010(03)：29-30.

5 邢偉,汪壽陽,馮耕中.B2B電子市場環境下供需雙方博弈分析[J].系統工程理論與實踐,2008,28(7):56-60.

6 王四成.基于博弈理論的本體映射方法研究[D].揚州大學，2012.

(責任編輯：譚銀元)

Electronic Trading Market Modeling for Bulk Commodity and its Automatic Negotiation System

ZHANG Hui

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050， China)

The trading of international bulk commodity has direct influence on the national economy. On the electronic trading platform in real situation, a regulatory system is needed, which should be of autonomy and intelligence, and can meet the demand of large-scale business volume. This essay analyzes the key theory and technology required for constructing the electronic trading platform, constructs the structure of the electronic trading market, defines the market language and negotiation environment, and designs the automatic multilateral negotiation model and discretization algorithm, which provides the theory support for automatic bargaining construction of electronic commodities trading platform.

bulk commodity; electronic transaction; modeling

2016-06-07

張 輝，男，教授，碩士，中國計算機學會會員，主要研究方向為網絡數據庫及語義web服務等。

TP319

A

1671-8100(2016)04-0020-05