基于物質擴散推薦系統尋找應急物流點的研究

李亞茹 雙莎莎

摘 要：應急物流是一項針對突發性因素以解決物流需求點應急程度為目的的物流活動，其完善和發展對解決物流系統中資源優先配置的問題具有重要意義。由于應急物流具有突發且不可預知、隨機、時間緊迫等區別于一般物流的特點，所以預測物流系統中物流節點的應急程度是一個重要問題。文中在研究物流節點應急程度的基礎上，分析了基于物質擴散的推薦算法實現機理，構建物流隨機網絡和物質擴散模型，并通過java語言模擬物質擴散過程得到各個物流節點應急程度的排序并產生推薦列表，進而研究在物流網絡中應急資源始發點對終點的優先應急程度，得到各個始發點的最優先應急點，從而為物流網絡中終點的選擇提供方法，該方法在應急物流點的優先選擇問題上具有應用價值和實踐意義。

關鍵詞：應急物流；資源優先配置；物質擴散模型；推薦系統

中圖分類號：F 252 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7312（2017）02-0178-04

Abstract：Emergency logistics is a field of sudden factors in order to solve some emergency demand for the purpose of logistics activities；Its improvement and development are of great significance to solve the problem of the resource priority allocation.Since the emergency logistics have many characteristics，such as unpredictability，randomness and urgency，which are really different from the general logistics.Henceforth，predicting the emergency logistics nodes is an important issue.This paper，based on the research of emergency logistics，analyzed the mechanism of substance diffusion algorithm via the recommender systems，and built logistics random networks and mass diffusion model.With various emergency logistics nodes sorted in descending order，the paper simulated mass diffusion process and generated recommendation lists by java program.Furthermore，the paper explored the emergency resources priority from starting points to destination points in the logistics network，and achieved the highest prior destination point.Thus a method of destination point selection n the logistics network is provided，which has applicable value and practical significance in the emergency logistics.

Key words：emergency logistics；priority allocation of resources；mass diffusion；recommender system

0 引 言

近年來，自然災害、公共衛生和社會安全等領域的突發事件在我國發生的頻率和強度不斷增大，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡，如汶川大地震等。2003年的SARS病情過后提出了應急物流概念，促使資源供應的應急物流成為突發公共事件應急管理的重要組成部分，其應對突發事件的巨大作用愈發明顯[1]。目前我國應急物流體系存在信息化程度較低、配送體系有待健全、物資儲備不夠合理以及應急物流有關法律法規缺失等主要問題[2]，難以做到快速響應，不利于應急運作體系的完善。因此，在最短的時間內找出最應該優先應急的物流點，為物資需求點或受災點提供應急資源保障成為一個急需解決的問題。

如何應對突發的社會公共危害事件和自然災害中尋找應急物流點的問題，引發了對應急物流這一學術前沿問題的思考。國外學者對應急物流的研究起步較早，Stephenson R和Kenball Cook D[3]在1984年首先提出在進行應急物資配送過程中應當采用物流管理的方法，以提高應急物資的運輸效率。S.M.HongMinh[4]等人運用仿真的方法對供應鏈的應急物流進行了研究。JiuhBiing Sheu[5]等人提出在嚴重自然災害爆發之后信息不對稱的情況之下，用模糊聚類的方法建立物流管理模型對受災地區進行優先等級的評估，以便于救災資源的合理組合調度和分配運輸。此外，我國的陳春霞[6]針對應急物流決策中如何描述物資短缺現象在復雜物流網絡中傳播的問題，基于復雜網絡的病毒傳播機理，研究應急物流網絡中物資短缺的傳播特性。目前國內外對應急物流的相關研究主要集中在應急物流中心選址、救災資源配送路徑、基礎設施建設等方面[7]，因此在物流網絡中，尋找和確定應急物流點具有重要的現實意義。然而，此類問題在推薦系統中已經比較成熟，推薦系統是針對特定用戶或者群體對其產生推薦的過程，使該用戶或者群體及時發現自己的潛在需求，推薦系統的核心在于網絡模型的構建，此類模型現已有多種算法來實現推薦過程，并已得到推廣以及應用。其中物質擴散模型就是其中一種經典的算法，如胡吉明[8]等在分析社會網絡環境下用戶小眾化需求特征和推薦策略變革的基礎上，根據物質擴散和熱傳導能量分配理論，提升對社會化小眾資源推薦的個性化效果。此外，在復雜網絡中周濤[9-10]等人也對物質擴散推薦算法有深入研究，指出物質擴散在推薦中的準確性和多樣性。因此，物流系統中應急點的尋找和確定可以借鑒推薦系統的模式，根據物流網絡中始發點和終點的配送路徑構建模型，進而對每個始發點的配送產生推薦，按照配送的緊急程度排序可以產生推薦列表，進而可以確定最應該優先配送的終點，從而可以得到物流網絡中的重要節點。文中在研究應急物流節點應急程度的基礎上，分析了基于物質擴散的推薦算法實現機理，通過java語言模擬物質擴散過程，研究在物流網絡中應急資源始發點對終點的優先應急程度，得到各個始發點的推薦列表，從而為物流網絡中應急物流終點的選擇提供方法。

1 物質擴散模型

一個物流系統中，包含配送始發點和配送終點2類節點以及連接這兩組節點的連邊。因此可以構造一個始發點—終點的2部分網絡，即：始發點之間不存在相互配送過程，也就是始發點之間沒有連邊，同理終點之間也不存在配送過程，也不會有連邊，這樣一個2部分網絡就可以建立。在網絡中[11]，所有的始發點記為集合I={i1，i2，i3，…}，所有的終點集合記為

J={j1，j2，j3，…}，整個推薦系統可以定義為一個鄰接矩陣

A=aij，如果始發點選擇過終點，則aij=1，反之則aij=0.

物質擴散算法是對每一個始發點作為目標節點進行的推薦，即給每一個始發點產生推薦列表，便需要進行一次全網的模擬配送過程。而終點所帶有的物流資源（應急程度）也是根據始發點而定的，即：始發點已經配送過的終點都帶有1個單位的資源，而沒有選擇過的終點則不帶有資源為0.從初始狀態出發，物質擴散將資源由終點傳至始發點，始發點的資源則是從所有的終點所得到的資源總和，再由始發點傳至終點，每個終點最終獲得的資源就代表了始發點對終點的應急程度——獲得的資源越多，該終點的應急程度就越大。

式中ki表示始發點i的度，即其已選擇終點的個數；S表示始發點i的集合。與第一步擴散過程相似，圖1中給出了第二步終點獲得的資源值，如終點1的資源值為5/6/2+5/6/4+1/3/2=19/24.最后每個終點都將獲得一個資源值，而獲得資源值的大小即為始發點對該終點的應急程度，如圖1表示始發點a最需應急的是終點4.

2 數值實驗

基于物質擴散模型，構造隨機2部分網絡（bipartitenetwork）來模擬現實中的應急物流網絡。其基本原理[12]為：將網絡中的節點看作是始發點和終點兩類節點（資源供應點和資源需求點），節點之間的邊表示兩類節點之間的配送關系，資源則將在有連邊的2個節點之間進行傳遞。

在模型構建過程中，兩類節點之間經過2次資源的轉移，終點都會得到一個最終的資源值，按照資源值的大小排序，這樣對于每個始發點，將得到一個推薦列表，而推薦列表中的節點是始發點未選擇過的終點。首先確定始發節點集合S的個數Ni {i=a，b，c，…}和終點集合D的個數Nj（j=0，1，2，3，4，5，…），然后隨機連邊，同時需保證每個集合里的元素有連邊，即不會有未連接的孤立節點，且集合S和集合D中各自的節點不會產生連邊，這樣就可以得到一個隨機網絡來模擬應急物流網絡。隨機連邊的機制為：首先根據網絡的規模設置平均度Nk，然后產生隨機數0～9，當隨機數≤Nk時，集合S中的節點與集合D中的節點會產生一條連邊，當隨機數>Nk時，則不會產生連邊。

基于上文中物質擴散模型的計算方法，對于目標始發點選擇過的終點都仍然賦值為1，未選擇過的賦值為0，然后計算第一次和第二次傳播的資源值，最后根據資源值的大小將終點排序，然后產生推薦列表。文中模擬定義物流網絡的Ni=5（i=a，b，c，d，e），Nj=10（j=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9），這樣，物流網絡就構造完成（如圖2）。

此外，我們取平均度Nk=2，推薦列表的長度L設為3.通過java編程可以計算得出每個目標始發點的推薦列表。具體計算步驟為：對于目標始發點a，首先我們根據“目標始發點選擇過的終點賦值為1，反之為0”的原則計算出始發點集合S的資源值Ci ={2.667，0.667，0，0.333，0.333}，然后計算出終點集合D的資源值Cj={0.111，0，0.111，0.167，0.167，0.944，1，0.167，0.667，0.667}，最后根據終點的資源值從大到小排序得到目標始發點a的推薦列表為{7，3，4}。同理可以計算出當目標用戶分別為b，c，d，e時，對應的推薦列表為{0，1，7}，{2，5，4}，{3，4，8}，{3，1，6}。這樣便可以得到各個始發點最優先應急的終點分別為7，0，2，3，3.

文中將基于物流網絡計算物質擴散的代碼賦予后面當做參考（java編譯），其中Ni，Nj，Nk，L這些參數都是可控的，即當物流網絡規模擴大或者變得復雜多變時，應用此代碼仍然能基于物質擴散進行準確的推薦。例如：設置100個起點，1 000個終點的真實物流網絡中，應用此方法在該代碼下仍然可以計算出被選擇次數最多的終點，即為資源最優先配置的終點。

3 結 語

應急物流是一項針對突發性因素以解決物流需求點應急程度為目的的物流活動，它具有突發且不可預知、隨機、時間緊迫等區別于一般物流的特點，更是減少人民群眾生命財產損失、做好突發事件處置的重要保障。目前，我國應急物流雖然發展迅速，但尚未建立完整的理論體系，因此文中從應急物流網絡角度出發，結合物質擴散模型，通過java語言模擬物質擴散過程，研究在物流網絡中應急資源始發點對終點的優先應急程度，得到各個始發點的推薦列表，進而得到最應該優先應急的物流終點，從而為物流網絡中應急物流點的尋找和確定提供一套可行的方法。

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（責任編輯：許建禮）