Gravity model meets Communities in trade network via optimal transport.

The increasing influence of globalization has propelled the World Trade Web (WTW) into the forefront of academic discourse, particularly in the economic domain. The WTW, conceptualized as a complex dynamic network, represents each country as a node, with trade links forming the network edges. The application of network analysis becomes imperative to unravel the complex web of relationships spanning across the Earth. This analytical approach has garnered significance for its ability to provide a fresh perspective on commercial dynamics and unveil crucial insights into nations' commercial policies. The thesis advocates for a nuanced examination of economic constraints influencing network topology, with a specific focus on community detection. To address this, a modularity function designed for economic networks is proposed, challenging the prevailing Newman–Girvan modularity optimization strategy. This study poses a fundamental inquiry into the identification of patterns in economic networks beyond mere economic effects, considering forces influencing network structures beyond conventional business activities. Gravity models, widely used in international trade system studies, are employed for modeling import/export flows between countries.The thesis adopts an innovative approach proposed by Silva and Tenreyro, and zero-inflated (ZI) methods, particularly the zero-inflated Poisson model (ZIP), to overcome these challenges. The exploration of hidden patterns, facilitated by techniques like Optimal Transport (OT), reveals the presence of trade communities, providing valuable insights for redesigning the WTW structure to enhance transport efficiency. The use of optimal transport allows for mapping in- and out-strength distributions, estimating the joint distribution between two marginals, and determining the least expensive method of moving mass within the network. The analytical framework is implemented using MATLAB, a high-level programming language designed for numerical computing, data analysis, and result visualization. MATLAB facilitates the application of various models and tools, allowing for the perfection of raw data, fundamental for network analysis and the implementation of algorithms for community recognition, identification of network influencing factors, and the application of optimal transport.

L'aumento dell'influenza della globalizzazione ha spinto il World Trade Web (WTW) al centro del dibattito accademico, in particolare nel campo economico. Il WTW, concepito come una rete dinamica complessa, rappresenta ogni paese come un nodo, con i collegamenti commerciali che formano la struttura della rete. L'applicazione dell'analisi di rete diventa imperativa per svelare la complessa rete di relazioni che si estende su tutta la Terra. Questo approccio analitico ha acquisito importanza per la sua capacità di offrire una prospettiva nuova sulle dinamiche commerciali e svelare importanti intuizioni sulle politiche commerciali delle nazioni. La tesi propugna un'esaminazione dei vincoli economici che influenzano la topologia della rete, con un focus specifico sulla rilevazione delle comunità. Per affrontare questo problema, viene proposta una funzione di modularità progettata per reti economiche, sfidando la strategia di ottimizzazione della modularità di Newman-Girvan prevalente. Questo studio pone una domanda fondamentale sull'identificazione di pattern nelle reti economiche al di là degli effetti economici puri, considerando forze che influenzano le strutture di rete al di là delle attività commerciali convenzionali. I modelli gravitazionali, ampiamente utilizzati nello studio dei sistemi commerciali internazionali, sono impiegati per modellare i flussi di import/export tra i paesi. La tesi adotta un approccio innovativo proposto da Silva e Tenreyro e metodi "zero-inflated" (ZI), in particolare il modello zero-inflated di Poisson (ZIP), per superare queste sfide. L'esplorazione di pattern nascosti, facilitata da tecniche come il Trasporto Ottimale (OT), rivela la presenza di comunità commerciali, offrendo preziose intuizioni per ridisegnare la struttura del WTW per migliorare l'efficienza del trasporto. L'uso del trasporto ottimale consente di mappare le distribuzioni in- e out-strength, stimare la distribuzione congiunta tra due marginali e determinare il metodo meno costoso per spostare massa all'interno della rete. Il framework analitico è implementato utilizzando MATLAB, un linguaggio di programmazione di alto livello progettato per il calcolo numerico, l'analisi dei dati e la visualizzazione dei risultati. MATLAB facilita l'applicazione di vari modelli e strumenti, consentendo la perfezione dei dati grezzi, fondamentali per l'analisi di rete e l'implementazione di algoritmi per il riconoscimento delle comunità, l'identificazione dei fattori che influenzano la rete e l'applicazione del trasporto.