相互关联的国家财富：全球金融危机的冲击传播

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英文标题：
《The interconnected wealth of nations: Shock propagation on global
  trade-investment multiplex networks》
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作者：
Michele Starnini, Mari\\\'an Bogu\\~n\\\'a, and M. \\\'Angeles Serrano
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最新提交年份：
2019
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英文摘要：
  The increasing integration of world economies, which organize in complex multilayer networks of interactions, is one of the critical factors for the global propagation of economic crises. We adopt the network science approach to quantify shock propagation on the global trade-investment multiplex network. To this aim, we propose a model that couples a Susceptible-Infected-Recovered epidemic spreading dynamics, describing how economic distress propagates between connected countries, with an internal contagion mechanism, describing the spreading of such economic distress within a given country. At the local level, we find that the interplay between trade and financial interactions influences the vulnerabilities of countries to shocks. At the large scale, we find a simple linear relation between the relative magnitude of a shock in a country and its global impact on the whole economic system, albeit the strength of internal contagion is country-dependent and the intercountry propagation dynamics is non-linear. Interestingly, this systemic impact can be predicted on the basis of intra-layer and inter-layer scale factors that we name network multipliers, that are independent of the magnitude of the initial shock. Our model sets-up a quantitative framework to stress-test the robustness of individual countries and of the world economy to propagating crashes.
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中文摘要：
世界经济日益一体化，形成复杂的多层互动网络，是经济危机全球传播的关键因素之一。我们采用网络科学方法量化全球贸易投资多元化网络上的冲击传播。为此，我们提出了一个模型，该模型将一个易受感染的恢复性流行病传播动力学与一个内部传染机制结合起来，描述了经济困境如何在相关国家之间传播，描述了这种经济困境在给定国家内的传播。在地方一级，我们发现贸易和金融互动之间的相互作用影响着各国对冲击的脆弱性。在大范围内，我们发现一国冲击的相对大小与其对整个经济系统的全球影响之间存在简单的线性关系，尽管内部传染的强度取决于国家，而国家间传播动力学是非线性的。有趣的是，这种系统性影响可以根据我们称之为网络乘数的层内和层间尺度因子进行预测，这些因子与初始冲击的大小无关。我们的模型建立了一个定量框架，以压力测试单个国家和世界经济对传播性崩溃的鲁棒性。
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分类信息：

一级分类：Physics        物理学
二级分类：Physics and Society        物理学与社会
分类描述：Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体（人类或其他）的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统（如能源网、运输网络）的物理和工程。
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一级分类：Economics        经济学
二级分类：General Economics        一般经济学
分类描述：General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：General Finance        一般财务
分类描述：Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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PDF下载：
--> The_interconnected_wealth_of_nations:_Shock_propagation_on_global_trade-investme.pdf (3.38 MB)

2022-6-11 09:07:11 上传

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关键词：全球金融危机 全球金融 国家财富 金融危机 Quantitative

《相互关联的国家财富：全球贸易投资多元化网络的冲击传播》斯米切尔·斯塔尼尼，马里安·博古，2，3和M.Angeles Serrano2，3，4数据科学实验室，ISI基金会，都灵，Italydepartment de la Mat\'eria Condensada，Universitat de Barcelona，Mart'i Franqu\'es 1，08028 Barcelona，西班牙巴塞罗纳大学巴塞罗纳复杂系统研究所（UBICS），西班牙巴塞罗纳大学（Universitat de Barcelona，Barcelona，SpainICREA，Pg.Lluis Companys 23，E-08010 Barcelona，Spaniversitat de Barcelona Institute of Complex Systems，UBICS）（日期：2019年1月9日）世界经济日益一体化，形成复杂的多层互动网络，是经济危机全球传播的关键因素之一。我们采用网络科学方法量化全球贸易投资多重网络上的冲击传播。为此，我们提出了一个模型，该模型结合了易感感染者恢复的流行病传播动力学，描述了经济困境如何在相关国家之间传播，以及内部传染机制，描述了这种经济困境在特定国家内的传播。在地方层面，我们发现，贸易和金融互动之间的相互作用影响着各国对冲击的脆弱性。在大范围内，我们发现一个国家的冲击相对大小与其对整个经济系统的全球影响之间存在简单的线性关系，尽管内部传染的强度取决于国家，国家间传播动态是非线性的。有趣的是，这种系统性影响可以在层内和层间尺度因子的基础上预测，我们称之为网络乘数，它与初始冲击的大小无关。

我们的模型建立了一个定量框架，以测试单个国家和世界经济对传播性崩溃的鲁棒性。引言国际经济的综合性是经济危机在全球范围内蔓延的根本原因。事实上，起源于一个国家的冲击可能会通过其国际收支平衡所反映的多重流动传播给他的经济伙伴。冲击可能有不同的来源，例如，金融冲击可能由大型金融机构违约或外债危机引起，而贸易冲击可能由政府设置的壁垒引发，世界经济体日益增强的全球互联性[3]要求建立一个冲击传播的建模框架，能够将这些相互作用的全部复杂性结合起来。网络科学[4]已经建立了一个理论基础，可以量化、建模和预测复杂系统中传播现象的行为，从社交网络上的信息扩散到生活系统中的流行病传染。世界贸易网（WTW）等国际贸易网络的研究在网络科学方面有着悠久的传统[7-14]。在经济危机蔓延的框架内，已经证明网络效应可以是实质性的[15，16]。相反，网络工具被越来越多地用于估计金融机构之间的系统性风险【17-22】，例如通过采用阈值模型来评估银行网络上的金融传染【23-25】。虽然这些工作大多通过考虑单个机构（如银行）的失败和特定传播渠道（如。

银行间借贷），在国家层面考虑全球网络的工作较少【26，27】，并解决了金融跨境网络上的冲击传播问题【28–30】。然而，现实世界中的国际冲击通过贸易和金融关系传播。忽视这些渠道之间的相互作用可能会导致低估溢出效应。在本文中，我们通过考虑贸易和金融国际关系来解决国际冲击传播问题，这种关系表现为一个多重网络[31]，通过使用国家间双边贸易和金融状况的年度数据重建，再加上描述经济困境如何从一个国家蔓延到另一个国家的动态。我们的模型可以估计一个国家对外部冲击的脆弱性，以及一个国家对整个经济体系造成的系统性影响。值得注意的是，我们发现，由于经济关系的相互关联性而产生的溢出效应可以被编码到网络乘数中，从而可以预测经济冲击的全球影响。贸易投资网络的多元化表示我们假设冲击可以通过贸易和投资两个主要渠道传播，形成多元化网络的不同层，即全球贸易投资（GTI）网络。在GTI网络中，国家由各层中通过加权链接连接的节点表示，表示相应的经济互动及其强度。利用商品交换的双边贸易数据重构GTI多元化网络的贸易（T）层。我们使用了联合国商品贸易统计数据库[32]（在[7]中首次作为一个复杂网络进行了分析），详见方法部分。

第三层国家i到国家j的直接联系表示在给定的年份xij中从i到j的货物出口，相当于从i到mji的货物进口≡ 第十九条。countryi的总出口量仅为Xi=Pjxij，其总进口量为MI=Pjxji=Pjmij。商品交易占一个国家经常账户的大部分（通常超过70%），因此可以将其视为其贸易互动强度的良好代表，详情请参见补充信息（SI）。在投资（I）层，我们考虑参考文献[33]中所述的两国之间投资组合证券的跨境头寸，作为其金融互动强度的代表，见方法和SI。I层被重构，使得从节点ito到节点j的链接表示I国拥有并由j国在给定年份发行的组合资产存量aij，相当于j到I的组合负债lji≡ 哎呀。i在给定年份拥有的组合资产总存量为Ai=Pjaij，其组合负债总额为Li=Pjaji=Pjlij。请注意，虽然T层是由贸易流形成的，但I层中的链接代表库存量。最后，请注意，以下平凡关系表示WT=XiXi=XiMi，WI=XiAi=XiLi（1），其中WT表示贸易商品的年度总价值，WI表示投资头寸的年度总价值。通过考虑[33]中可用的数据集（参见方法和SI），可以在2001年至2008年间每年构建GTI多路网络。

在本文的其余部分，作为一个说明性案例，我们考虑了与2005年相对应的GTI网络（其拓扑特性在SI中描述），其他年份的结果相似。冲击传播模型震中国家的冲击可能由不同的国内或外部因素驱动，如政治稳定、规模收缩、银行危机等。在此，我们假设冲击会导致总需求下降。这意味着震中国可能会减少从其他国家的进口和/或对其他国家发行的金融资产的投资。一国的初始冲击可以用两个参数α和β来完全表征，分别代表进口和外国资产投资的初始变化，δMi（t=0）=α和δAi（t=0）=β。旋转δYi（t）≡Yi（t）-Yi（t-1） Yi（t-1） 代表Yi（t）在时间上的相对变化，Yi={Xi，Mi，Ai，Li}，其中时间t由冲击传播过程中的离散时间步计算，t=0，1，倾向困境问题依次从国家i分配给其合作伙伴，与相应渠道的经济互动强度成比例。这意味着受影响邻国j的出口和负债（δXj（t）和δLj（t）出现负变化。反过来，这些变化可能会导致每个国家j的进口、δMj（t）和资产收购、δAj（t）发生变化，这些变化将再次在GTI多元化中按比例分配给邻国，以此类推。

因此，模型的行为是由两个耦合但不同的动态共存来定义的：i）冲击从受困国家向关联国家的外部传播，以及i）冲击在受困国家内的内部传染。GTI网络上的可疑感染恢复（SIR）传播动态【6】调节了国家间的传染，这合理地解释了混响和二阶效应。每个国家都被划分为三个相互排斥的状态：第一次易受冲击，如果有累积的痛苦并能够传播，则受感染，或者当可以从伙伴那里收到痛苦但无法传播时，则恢复（不活动）。最初，除了受感染的震中国家外，所有国家都处于易感状态。受感染的节点将其灾难传播到所有邻居（无论其状态如何），然后立即变为非活动状态。传播到的易感国家受到感染。冲击传播一直持续，直到所有受感染国家都传播了累积的痛苦，受感染状态从系统中消失。然后，将SIR传染动力学重复数次，每次将上一轮中非活动节点累积的痛苦设置为初始变化，直到系统达到最终稳定状态（具体示例见SI）。通过将一个国家在时间t时的进口和资产收购变化与其出口变化和短期内产生的负债变化联系起来，可以对危机国家内部的冲击传染进行建模，例如δMt=f（δXt，δLt）和δat=f（δXt，δLt）（为了简洁起见，我们省略了国家标签中的依赖性）。

事实上，考虑到国际收支限制，一个国家支付进口和收购外国资产的能力可能取决于其从出口和金融负债中产生充足收入的能力。因此，我们假设一国的出口收入和金融负债可以视为其进口和收购外国资产能力的预算约束。我们还假设汇率和价格不会迅速调整，我们忽视了旨在抵消冲击效应的可能政策行动。因此，进口和金融资产对出口收入和负债的依赖性可以被视为一种简单的弹性关系，并从数据中学习。为此，对于每个国家，我们考虑一个多变量线性回归模型，该模型表示数量δXt、δMt、δAt和δLt之间的相关性。弹性关系可通过以下图描述。1、每个国家对源自美国（第一行）、中国（第二行）或属于EZ（第三行）的国家的冲击的脆弱性，特征为α=-0.4和β=-0.1. 颜色表示导出的VaR，V aR[Xi]（左图），以及负债的发生，V aR[Li]（右图）。方程：δMt=cM+cMXδXt+cMLδLt+MδAt=cA+cAXδXt+cAδLt+A、 （2）当cMand Care分别表示DmAnd dAt的变化趋势时，cMX、cAL、cML和Caxen系数编码（dXt、dLt）和（dMt、dAt）之间的相关性，而曼德Aaccount for高斯噪声，平均h为零Mi=小时Ai=0，方差hMi=σM、 h类Ai=σA、 重要的是要记住等式。通过合并所有变量之间的可能相关性，将2视为联立方程，参见方法和SI。

系数cMX、cML、cAX和CALTHES起着内部传递系数的作用，因为它们描述了一国进口和资产的变化如何取决于其出口和负债的变化。内部传递系数小于/大于1的国家将减少/增加冲击对其商业或金融合作伙伴的影响，从而起到吸收/放大作用。例如，石油出口国扮演着减震器的角色，内部传递系数很小。有关内部通过系数及其估计的详细说明，请参见方法和SI。当冲击通过GTI多元化等国际宏观经济网络从一个国家传播到另一个国家时，冲击传播模型允许我们评估一个或多个国家的需求冲击对世界其他地区的影响。来自震中国家E的冲击对国家i产生的影响，以及参数（α，β），可以通过考虑相对变化来量化i国每个宏观经济变量的Yi（α，β，E），Yi={Xi，Mi，Ai，Li}，在系统演化结束时（一旦整个系统完全吸收冲击）相对于其初始值测量，即Vi（Y |α，β，E）≡ Yi（α，β，E）=Yi（倾向）- Yi（t）Yi（t）。（3） 数量Vi（Y |α，β，E）给出了国家i对源自E国的冲击的脆弱性的衡量。不同国家之间的这种程度可能非常不均匀，即使是最接近E国的邻国，它也包含了直接双边经济互动之外的系统性影响。

通过在相同初始条件（α，β，E）下对模型进行多次数值模拟，可以获得数量Vi（Y |α，β，E）的概率分布，从而获得平均hVi（Y |α，β，E）i和风险值v aR[Vi（Y |α，β，E）]，作为预期可变性和损失风险的度量。图11显示了全球范围内易损性VI（Y |α，β，E）的异质性，对于以参数（α=-0.1, β = -0.4）和三个不同的中心国家：美国、中国和欧元区（EZ）。我们根据各国的出口变量V aR[Vi（X |）为各国着色，绘制了对贸易和投资的影响- 0.1, -0.4，E）]（左图）和负债现值，V aR[Vi（L |- 0.1, -0.4，E）]（右图）。可以看出，美国国家在贸易（墨西哥、加拿大和其他南美国家的出口可能下降25%以上）和投资方面更容易受到来自美国（第一排）的冲击。中国（第二排）的冲击对世界其他地区的影响相对较小，尤其是在投资方面。澳大利亚、一些非洲和南美国家可能被迫将其出口（可能是原材料）减少20%，而美国则是最大的外国投资减少国之一，大约减少10%。涉及所有欧元区国家（第三排）的冲击对贸易的经济影响均匀地分布到世界其他地区，出口普遍减少约30%，而金融影响则更加不均匀：最脆弱的国家是南欧国家，被迫减少40%以上的债务，这可能是由于主权债务风险。平均漏洞hVi（X |- 0.1, -0.4，E）i和hVi（L |- 0.1, -0.4，E）ishow qualitical similar behavior，see SI。