地理学中的网络分析
导语
随着数字数据量呈指数级增长以及计算方法的快速发展,网络分析日益成为理解社会生活的重要分析工具。但是网络分析究竟是什么?而地理学中的网络分析又是怎么应用的呢?本期推送介绍了《荷兰经济与社会地理》一期关于地理学中的网络分析的专栏文章。其中,其介绍性文章回顾了地理学中网络分析和当代计算社会科学的丰富历史,在此基础上,综合了地理网络分析的特点。地理网络分析是假定网络通过其内涵来解释,并反映权力关系。地理网络分析不是追求简单的解释或普遍的理论,而是努力理解不均衡的网络在抽象和具体之间的不断来回发展。本文以本期特刊的文章为基础,阐述了地理网络分析的具体应用。
撸串地理 | 来源
广东靓女 | 推送作者
五山詹姆斯 | 校对
三吉子 | 编辑
1. 客座编辑介绍性文章
1. 客座编辑介绍性文章
1. 计算机技术的兴起与地理学的交叉
COVID-19大流行的早期,《纽约时报》记者Benedict Carey对东北大学(美国马萨诸塞州波士顿市境内私立大学)网络科学研究所所从事的研究工作进行了报道:物理学家和计算机科学家正在整理数据,从人口普查数据到社交媒体网络,以预测病毒下一步将在哪里爆发,他们制作了令人印象深刻的地图和网络图,显示了疫情可能的走向。传染病的实时建模只是空间科学工作的一个例子,数字数据的爆炸式增长和计算方法的快速进步使空间科学工作成为可能。网络科学研究所是众多应用自然科学的技术和方法来研究社会生活地理的中心之一。计算方法和数字数据为整个社会科学的研究开辟了令人兴奋的新机会,并有望为地理学提供新的见解。在这个广阔的领域内,“地理计算”“空间网络分析”和“地理数据科学”明确地研究了空间问题。
尽管新兴的计算社会科学领域推动了空间和网络方法的发展,但大多都发生在地理学之外。不是所有的地理学都是空间科学,也不是所有的空间科学都可以从地理学的角度来解释。但可以肯定的是,地理学家在网络分析方面有着丰富的历史。当网络分析在20世纪50年代和60年代首次被引入地理学时,它参与了将地理学重新定义为“空间科学”的广泛运动。20世纪70年代,激进主义和人文主义地理学家进入了这个领域,他们批评了这种空间科学的观点,并借鉴了其他(包括生态的、历史的)地理思想流派。从那时起,地理学发展成为一门多元学科,多种方法并存。同时,人文地理学成为了一门具有多种独立方法的学科,或者是促进传统之间的多元杂合的学科。
地理学家在挑战和修正计算社会科学和复杂性科学固有问题的本体论和认识论假设方面发挥重要作用。复杂科学的根源于自然科学,难以把握其质的变化、内涵和因果关系。通过复杂的棱镜来审视社会生活时,通常会讲现象自然化,从而掩盖潜在的权力动态。此外,空间和计算分析的新兴领域几乎完全脱离了实质性的地理领域专业知识。
地理学家在解决这些问题上处于有利地位,因为他们有丰富的经验来考虑如何协同各种力量,以及在特定情况下如何发挥背景作用。尽管复杂科学的目的是提取和概括,地理学家却倾向于将其置于具体情境中加以说明,因为这样做不仅有实质性的原因,而且有战略和务实的原因。地理学家已经开始使用计算社会科学方法以重新评估旧的地理理论,但大多数地理学家都不是计算方法的专家。认识到这一点是很重要的,因为它意味着计算和建模不是地理的主要方法。地理学是一门“跨学科学科”,它是一种特殊的综合思维方式,其优势是将不同的知识和方法带到世界上,并纳入更广泛的研究框架。
2. 地理学中网络分析的兴衰史
1940年到1970年被视为社会网络分析的黑暗时代。对社区和小群体的社会计量研究在20世纪30年代蓬勃发展,但二战后,美国社会学沉迷于调查方法,忽视了“个人”和“社会”之间的中间尺度。值得注意的是,定量地理学家在这段黑暗时代成为社会网络分析的火炬手。20世纪50年代,美国早期的地理学思想家希望从研究静态和有限区域转向研究流动和相互作用。这种对活力的关注与社会学家对不变的社会结构和公认的静态民族国家的态度形成了鲜明的对比。
定量研究动态区域需要数据和计算能力。Hägerstrand与Garrison为地理学的定量革命做出了重大贡献。网络分析在Bill Bunge的《理论地理学》和Peter Haggett的《地理中的位置分析》中发挥了关键作用,这两本书给英国带来了定量革命,并与自然地理学家的思想发生了交汇。此时的网络分析为从事不同主题的地理学家提供了一个共享的平台,有望突出跨不同领域操作的模式和机制。
在计量革命的背景下,网络分析不仅仅是一种新颖的方法,还可以是理论地理学的一个有前途的范例。新地理学将是一门“空间科学”,强调“空间观点”,其中地理是用空间现象的几何描述定义的。网络分析,由纯粹的空间数学拓扑语言清晰地描述。对通用词汇的追求符合20世纪60年代技术官僚乐观主义(technocratic optimism),更通俗地说,它使地理学得以利用冷战时期的“硬科学”资金来源。
通过将现实抽象成具有相似属性的图形,网络分析可以对河流、城市系统、交通系统和信息流等不同现象进行有意义的比较。图论思维使得复杂结构的简单模型得以建立。从哲学上来说,20世纪60年代的空间科学将网络设想为一个真实存在的对象,可以用图论将其抽象出来。网络分析之所以吸引人,是因为它可以过滤掉多余的信息,从而揭示“隐藏的空间秩序”。
这种静态的“隐藏秩序”在20世纪70年代的反空间科学运动中引起了争议。许多定量地理学家将重点放在几何学和网络分析上,这是早期定量地理学的一个弱点。随着理性现代主义社会的梦想开始瓦解,人文和文化地理学家呼吁对动机、背景和历史有更丰富的理解:如果一门学科不是开放的,那么它就会被一套共同的方法和技术捆绑在一起;否则,成功的空间科学方法和学者就会被其他学科吸收,地理学科面临被肢解或完全消失的风险。激进的地理学家认为隐藏的秩序不是等待被发现的基本真理,掩盖了塑造现状的社会力量,本质是社会关系的产物,并将其视为权力斗争的临时结果。此外,对有序模式的追求导致了实证偏差,证明仅仅关注几何学是不够的,从不同网络的拓扑结构的同构推导出的假设最多只能用于生成常见因果机制,需要使用领域知识进行检验并解释。
考虑到物体构成的可塑的空间概念对于理解变化是必要的,地理学家更多地思考和谈论的流和运动的本体论,就越清晰地认识到空间的关系视角是必要的,尤其是物体的内部关系。20世纪60年代末,即使是最擅长数学的地理学家也清楚地认识到,仅使用横截面模式来推断过程是不可能的。量化的势头戛然而止,许多先驱放弃了实证主义,采用了新马克思主义的观点,大量定量人才进入了GIS方向发展。
20世纪70年代末社会网络分析开始苏醒,几乎没有什么现代社会网络分析的前沿。20世纪90年代末,地理学家也没有在使用网络分析来研究社会现象的学者中扮演重要角色。但地理学的网络分析传统并没有完全消失,一些人在交通和城市网络或区域科学领域工作;其有些则坚定地对1960年代定量地理学的创新;但在20世纪80年代和90年代,网络分析在地理学中变得无足轻重。即使网络在20世纪90年代成为理解全球化的中心隐喻,但直到21世纪初,地理学家才采用网络分析方法来实证证实这些网络理论。
3. 地理网络分析的认识论准则
在网络研究的短暂停歇之后,出现了复兴的征兆。网络分析已经系统地纳入城市网络的地理研究计划和创新网络。一些分散但具有启示性的研究强调了将网络分析应用于广泛主题的可能性,包括地缘政治冲突,犯罪、经济聚集、城市亚文化和社会运动。
目前的情况下,地理学家必须定义好自己的位置,自然中的复杂结构与人类产生的复杂结构之间存在的基本差异对于阐明地理网络分析与20世纪70年代的空间科学和今天的计算社会科学的区别非常重要:
第一个关键区别,与蜜蜂或其他昆虫不同,人类有意识地追求集体目标。
第二个重要区别,人类理解社会现实,并根据意义采取行动。
第三个复杂区别,当人们根据自己的想法和兴趣来塑造环境时会相互斗争。
从不同的角度来看待学科对地理学家来说很重要:特殊性和差异性的分析不仅是附带结果,而且还反映了其研究对象的复杂性。“复杂性”在这里不仅意味着更高层次的结构起源于较低层次的相互作用,而且还指的是社会生活的多维度、可变、中介和争议的本质。这对社会网络分析的使用有着深远的影响。在网络分析领域,物理学家和社会学家在寻找普遍的机制和模式,而地理学家在分析和解释变化、异常和特殊性方面处于有利地位。如果地理学家不试图模仿自然科学,而是调动他们的特定学科优势,包括领域知识、对复杂空间特性的理论理解、对特性的欣赏和对混合方法的运用,那么更可能做出独特的贡献。
考虑到地理学家对网络分析的历史参与和计算社会科学的当代发展,作者初步确定了地理网络分析的六条准则:
考虑不同的空间维度。空间网络分析与地理网络分析的根本区别在于前者倾向于假设一个绝对的空间概念,而后者则没有。在空间网络分析中,需要构建一个以“节点”和“边”为真实坐标的二维网格或矩阵,允许研究人员以数学精度强调现实的一个突出方面。但是地理学家认识到与这种抽象相关的权衡,强调空间不是一个需要填充的空容器,而是通过社会实践产生的,并发展各种方式来想象和可视化这些替代概念。空间和居住在空间中的实体并不先于关系,而是通过关系构成的。
将网络分析纳入整体方法。网络分析的目的是首先从一个特定的背景中提取一个显著的维度进行更仔细的探讨,然后反过来将结果概念化。计算社会科学家和复杂性研究人员在追求普遍特征或机制的过程中研究并将网络从背景和内容中抽象出来。地理学家倾向于脱离领域知识,这使他们能够分析与特定领域或相关的网络。
提取数据和定位网络的过程是基于所有数据都是定位的和可执行的假设。地理网络分析假定所有数据都是为特定目的和在特定条件下产生的。因此,要理解网络,就需要理解它们背后的类别和数据的产生。
地理网络分析中的网络承载意义,反映权力关系。任何类型的社会网络都充满了权力关系,是具有不同观点和利益的行动者之间合作与竞争的临时和偶然结果。网络形成的动力在广泛的社会结构中发挥作用,因此,理解前者需要理解后者。
地理网络分析强调多维度、偶然性和情境性,为采用混合方法研究策略提供了认识论基础。这里的关键假设是,地理空间中相互作用的各种力量将是多维的,因此,不能只用一种技术或方法去掌握。混合方法的一个基本原理是三角分析(triangulation)(从不同的角度看待同一件事,作为一种验证方法),另一个基本原理是提出不同的维度和因素。
地理网络分析将网络分析方法的使用视为子学科之间的综合或对话的机会。网络分析提供了一种共同的语言,在当代具有地理特征的专题和学科之间架起了异质知识的桥梁。这并不意味着单个项目必须考虑到每一个因素,但意味着地理学科应该努力加入来自不同模式、维度和因素的一系列子领域的见解。
2. 《荷兰经济与社会地理》专辑文章介绍
2. 《荷兰经济与社会地理》专辑文章介绍
本专辑主要由七篇论文和两篇简评构成,通过在不同的语境中应用网络分析的工具和方法,这七篇文章虽然研究的重点各不相同,但都在一定程度上触及了地理网络分析的六个维度。以下是论文的简介及来自客座编辑的简要点评。
1. Communities, Complexity, and the ‘Conchoration’: Network Analysis and the Ontology of Geographic Units(社区、复杂性和合并:网络分析和地理单位的本体论)
【作者简介】Garrett Dash Nelson是美国波士顿公共图书馆Leventhal地图与教育中心的研究员。
【文章点评】该文章详细阐述了社区追踪算法(community detection algorithms)并使用社区追踪来识别区域。重要的是,作者的分析嵌入了地理学关于如何概念化区域的长期争论,他没有将通过计算方法确定的区域视为静态或封闭的,而是视为动态和多孔的。但从地理网络分析的角度来看,识别这些社区并不是研究努力的终点,而是建立一种对数据结构的解释,这需要理论解释和实证探索。
2. Social Network Analysis Methods and the Geography of Education: Regional Divides and Elite Circuits in the School to University Transition in the UK(社会网络分析方法与教育地理:英国从学院到高校过渡的区域鸿沟和精英线路)
【作者简介】Sol Gamsu来自杜伦大学社会学的副教授,Michael Donnelly来自巴斯大学。
【文章点评】文章提供了一个关于领域知识、定性方法和理论概念如何帮助解释网络结构的例子。他们发展了“教育线路”的概念,以表明网络结构是如何从具有相似背景的学生与空间的重复互动中浮现出来。
3. Containment and Connectivity in Dutch Urban Systems: A Network-Analytical Operationalisation of the Three-Systems Model(荷兰城市系统中的遏制和连通:三系统模型的网络分析操作)
【作者简介】Ate Poorthuis来自新加坡科技设计大学地球与环境科学的副教授,Michiel van Meeteren来自拉夫堡大学的社会科学和人文学科,
【文章点评】文章强调拥有清晰的理论预期是解决方法学判断、调用和解开构成地理网络的各种因果机制的关键。
4. Network Analysis of ‘Urban Systems’: Potential, Challenges, and Pitfalls(”城市系统”的网络分析:潜力、挑战和陷阱)
【作者简介】Ben Derudder来自比利时根特大学。
【文章点评】文章指出网络显示的内容依赖于研究人员指定为节点或边的那些方面。
5. Tracing the Networks of Past Societies in Palaeoenvironmental Research(在古环境研究中追溯过去的社会网络)
【作者简介】Tegan Hall和Dan Penny都来自悉尼大学地理科学学院。
【文章点评】文章报道了利用古环境数据识别网络组成部分的非凡努力,并发现这些数据、构建网络和解释网络结构都需要深厚的领域知识。
6. Networked Geographies of Digital Contention in Post-Financial Crisis Ireland(爱尔兰后金融危机时期下数字争议的网络地理)
【作者简介】Maedhbh Nic Lochlainn是爱尔兰都柏林大学地理学系的一名在读博士。
【文章点评】文章将Facebook链接视为边缘,以构建“在线社交运动网络之间和跨网络之间的初步和公开的联系图景”,并使用数字民族志和访谈,以更好地理解争论是如何在地方和网络空间中建立起来的。
7. A World Beyond Web of Science: AGORA Magazine’s 35 Years in Dutch-Language Human Geography(超越WoS的世界:AGORA杂志在荷兰人文地理学领域的35年)
【作者简介】Valerie De Craene来自比利时埃尔塞纳公立大学地理学院,现为比利时根特大学博士后,Jorn Koelemaij现为比利时鲁汶大学公共管理学院博士后,Egbert van der Zee是荷兰乌德勒支大学人文地理与规划学院的副教授,Michiel van Meeteren来自拉夫堡大学地理与环境学院。
【文章点评】社区追踪揭示了荷兰地理杂志中涉及的新一代学者的时空结构,这个结构被用来检查和叙述从一个庞大而低效的档案中出现的历史。
这七篇论文由两篇简短的评论进行了补充,主要评价了地理网络分析理论和实践背后的命题。其中包括:
(1)Network Thinking in Human Geography: Musings of a Newbie(人文地理学中的网络思维:新手的沉思)
【作者简介】Beate Völker来自荷兰乌德勒支大学地理科学学系、人文地理与空间规划部门。
【文章点评】评论比较了地理学和社会学在计算社会科学时刻的工作,衡量以适应网络分析每个社会科学学科的优点,同时她质疑定义一种特定的地理方法来进行网络分析是否有利于网络分析的跨学科项目。
(2)For Geographical Network Analysis(地理学中的网络分析)
【作者简介】Albina Gibadullina和Luke Bergmann都来自加拿大温哥华大学地理学院,David O’Sullivan来自新西兰惠灵顿大学地理、环境和地球科学学院。
【文章点评】评论在地理传统中进一步推动了地理网络分析,展示了来自GIS和实验性空间数学的方法学如何加强与计算方法和后结构主义地理学的见解。
3. 小结
3. 小结
该专栏文章认为地理学家在发展基于学科优势的网络分析方面处于有利地位,这些优势包括领域知识、对复杂空间特性的理论理解、对特殊性的欣赏和对混合方法的运用,这些优势可能会使对不变规则或隐藏秩序的探索复杂化。然而,学科的历史轨迹告诉我们,这种复杂性是对跨学科辩论的贡献,而不是负担。地理有助于理解各种网络在空间上的不平衡发展。地理学也有词汇来批评和限定“隐藏的秩序”,并识别在分析中可能被忽视的东西。随着其他学科的网络分析员越来越多地承认空间视角的优点,希望地理学家在学科优势的基础上,利用网络分析来做出独特的贡献。
网络科学集智课堂第三期报名中
从数学建模到多学科应用
网络科学集智课堂第三期报名中
从数学建模到多学科应用