复杂经济现象分类方法创新的理论前瞻<br/>——基于化学“色谱分析法”的借鉴与思考

复杂经济现象分类方法创新的理论前瞻
——基于化学“色谱分析法”的借鉴与思考

2011-11-01游士兵吴比沈萍梅敏苏正华

统计与决策 2011年7期

关键词：色谱分析组分色谱

游士兵，吴比，沈萍，梅敏，苏正华

（1.武汉大学经济与管理学院，武汉430072；2.武汉职业技术学院生物工程学院，武汉430000）

复杂经济现象分类方法创新的理论前瞻
——基于化学“色谱分析法”的借鉴与思考

游士兵1，吴比1，沈萍2，梅敏1，苏正华1

（1.武汉大学经济与管理学院，武汉430072；2.武汉职业技术学院生物工程学院，武汉430000）

文章受化学色谱分析法的启示，尝试将色谱分析法引入到人文社会科学领域。在对色谱分析法进行简介的基础上，探索了该理论应用到复杂经济现象分类的可能性、应用前提、遇到的困难、需要解决的问题等；通过前期的研究准备，初步建立了色谱经济分析系统，提出了建立系统的首要原则，明晰了分析系统中功能构架和相关概念；最后提出了关于色谱经济分析的几点思考，并为后续研究指出了基本方向。

色谱分析；复杂现象；分类方法

0 引言

色谱法(Chromatography)又称“色谱分析”、“色谱分析法”、“层析法”，是化学中一种分离和分析方法，它利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。其工作原理为被分离的各成分在两相之间反复进行分配，其中一组静止不动被称为固定相；另一相则携带被分离物质流过固定相，被称为流动相。它是利用各物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质在两相中进行多次反复的分配来达到分离的目的。被分离的物质与流动相和固定相都可能发生作用，但被分离物质中的各个成分结构和性质都不同，因此它们与两相的作用力也不同，使得各成分在固定相与流动相之间的分配系数有差异，经过反复的分配，被分离物质随流动相向前移动，各成分运动的速度不同，最终分离，并对分离的组分进行定量和定性分析。

色谱分离是一个非常复杂的过程,它是色谱体系热力学过程和动力学过程的综合表现。热力学过程是指与组分在体系中分配系数相关的过程；动力学过程是指组分在该体系两相间扩散和传质的过程。组分、流动相和固定相三者的热力学性质使不同组分在流动相和固定相中具有不同的分配系数，分配系数的大小反映了组分在固定相上的溶解——挥发或吸附——解吸的能力。分配系数大的组分在固定相上的溶解或吸附能力强，因此在柱内的移动速度慢。反之，分配系数小的组分在固定相上的溶解或吸附能力弱，在柱内的移动速度快。经过一定时间后，由于分配系数的差别，使各组分在柱内形成差速移行，达到分离的目的。

色谱分析法是俄国植物学家Tswett首先提出的，他在1901年发表了第一篇研究成果“一种新型吸附现象及其在生化分析上的应用”，提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法。三年后，他将这种方法命名为色谱法（Chromatography），因此人们尊称他为“色谱学之父”。该方法自问世以来，得到了飞速的发展，到今天已经成为最重要的分离分析科学，被广泛地应用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境保护，乃至空间探索等许多领域。我们检索国内外文献，色谱分析法的应用与研究仍局限于自然科学领域，而在人文社会科学领域还没有研究和应用。

色谱分析方法对于复杂样品的成分分离分析行之有效，而对复杂现象中的不同因素、不同特性、不同组成进行分离后再进行定量和定性分析正是许多人文社会科学的研究中不可缺少的方法。本文试图将化学的色谱分析法引入到人文社会科学领域进行研究和应用。我们相信，色谱分析法对人文社会科学的许多学科，特别是经济学、管理学、法学、行为心理学等领域中复杂现象的分类都具有重要的借鉴意义、研究价值和应用价值。

1 色谱分析法的抽象原理与应用于复杂经济分析的前提

色谱分析法的分离原理是利用混合物中各组分在流动相和固定相中具有不同的溶解—解析能力、吸附-脱附能力，或其他亲和作用力的差异，当两相作对运动时，样品各组分在两相中反复多次受到上述各种作用力的作用，从而使混合物各组获得互相分离。正是由于各组分在固定相中的溶解-解析、或吸附-脱附、或其他亲和作用力差异，各组分在色谱中的滞留时间也就不同，即它们在色谱柱中的运行速度不同。随着流动相的不断流过，组分在色谱柱中两相间经过了反复多次的分配和平衡过程，当运行一定的柱长后，样品中各组分得到了分离。

抽象来看，这种方法主要是利用了混合物之间不同的物质由于自身独特的结构和性质，而导致对于环境的不同反应，从而起到分离的作用。这种分离思想其实并不罕见，只是在社会科学中缺乏系统的运用。诚然，社会经济系统属于非线性开放的系统，经济事件与现象背后存在着大量的外生变量，具有很强的随机性，这与化学物理等自然科学所研究的系统是不一样的。

社会经济科学的事实是一种关系实在。比如说货币，我们不能把它理解为印有特定图案的纸张来定义货币。社会经济科学的事实，无论是货币、国家、市场、价格、价值观都是一种持有共同观念的共同体中的关系实在，它具有共有观念依赖，具有隐含契约性质的。在社会经济科学领域，我们总是通过设想另外一个人跟我们共处在一个分类系统，就是亚当斯密讲的“同情共感”的方式来达到共同的理解。那么在社会经济科学领域所谓的均衡就是行为者预期的一致性。哈耶克认为在人口统计、传染病传播，这种数据统计与自然科学没有二致，但是在语言、市场、法律和人类各项制度的领域，我们所讲的数据和事实与自然科学的数据和事实是完全不同的，如果我们混淆了这种东西，就有可能导致严重后果。由此社会经济科学的任务不在于解释个体行为，而在于对我们可以理解的个体行为进行分类，并延伸这种分类，然后把必须使用的资料有秩序地排列起来，即把元素结构成整体，从而看到秩序现象。我们现在要做的便是这种有效的分类工作，把相互混合在一起的各种事实分离开来，这也是我们在对复杂经济现象进行分析所要借鉴与应用色谱分析法的主要目的。

当然，如果把整个社会经济系统作为我们的研究对象会面临很大困境。因为广泛存在的不确定性使我们无法科学地细分经济系统中内在秩序与规律。那么这种不确定性从本质上源自社会经济系统本身所固有的、内在的层次性、开放性、动态性、相干性、非线性、临界性、自组织性、自强化性和突变性。根据不确定性的特点，一般可以把不确定性分为五类：客观不确定性、主观不确定性、过程不确定性、博弈不确定性和突变不确定性。而色谱分析法在社会经济科学中的应用所要研究的是伴随着不确定性的混合社会经济事实。这种社会经济现象与事件可以视作是社会经济大系统的一个片段，虽然依然存在层次性、开放性、动态性、相干性、非线性、临界性、自组织性、自强化性和突变性，但是在这个片段中不确定性是有限的，或者说是可控的，对我们需要进行的事实分离不会存在较大的扰动，这是色谱法分析系统在社会经济领域应用的总前提。

2 色谱分析法在社会经济现象中的分析构架

2.1 社会经济事件与现象的划分

在构建分析框架前，我们要对所分析的对象进行分类，正如色谱分析法应用时，其应用对象由于自身特性不同而反映出分离过程的热力学原理表现和动力学原理表现。在社会经济系统中，复杂而抽象的社会经济事件混合在一起，由于事件与现象的自身性质不同同样能反应出一些抽象共同的本质。所以我们按照色谱分析法的抽象原理要求，对所要分离的社会经济事件与现象(包括对象为物或人)进行分类。

2.1.1 人的因素划分

在这里涉及到的人员不仅仅是说对人员类群的划分，而是单纯人的因素或者说是以人类（行为、心理等）因素为主导因素的划分。在社会经济科学研究中，人类因素的研究可以说是主导研究，物与抽象事件背后往往也是由于人的因素在作用的结果，所以这里人的因素的梳理与划分是划分的重中之重，也是基础。

人类行为是人类主体的活动对各种社会经济环境的反应，在这里除了狭义的行为外，还包括人类内在的思想和心理过程。人类内在的思想和心理过程支配外在的活动，外在的活动是内在思想和心理过程的表现。内在的思想和心理过程只有当事人自己才能清楚意识到，但我们可以通过其外在的行为表现间接测量和推知其内在的心理变化与心理活动，其间的难点在于测量这种主题行为的可量化性与数据可得性问题。

行为的主体可以是人，也可以是集体和组织。当主体是个人的时候我们称其行为为个人行为或个体行为；当主体是集体的时候，我们称其行为为集体行为；当主体是组织的时候，我们称其行为为组织行为。这三种行为其微观基础虽然都为是人,但是三者的特性别有很大差异。在这里，第一种个人主体是指所要研究的或者待分离对象的人的因素包含的是个人行为或心理，而且这种个人可以是大量复杂独立的个体，需要注意的在这里是个体之间虽保持一定独立，但是不排除相互影响的可能即非正交性。第二种待分离对象涉及到的集体因素是由大量的复杂个人组成，但是区别于个人行为或心理的是具有一定的集体意志。在理论上来说，区分第一种是独立性强于集体性，第二种则为集体性强于独立性，但是在现实中这种界限市场被模糊，这给分离法的研究带来了不确定性。第三种的待分离对象涉及到的组织因素，它既是由个人组成，也是带有一种集体性质，但是特殊的是支配组织行动的不一定是靠集体意志，而是遵循其内部的规则，这种规则既带有一定主观性也附加有客观性。我们在研究色谱分析法引入到社会经济领域应用时，所需要做的研究工作就是要对这三种人类主体行为做出特点的归纳和总结，尤其是在不确定环境下的演化。

我们按照某种原则（在不同的应用领域原则不同）建立这三种人的因素的特点的反应标准，并把样本与之比较以分离出类别。当然这里难点在于如何甄别与剔除随机扰动对反应标准的干扰导致的偏离。一般来说，在特定的社会经济背景中，大多数人有相似或一致的正常行为，但是由于上述的随机扰动的干扰导致出现了偏离，我们称之为偏离行为，这种偏离行为的持久性需要动态考量。

2.1.2 事态（联系）的因素划分

按照抽象事态的因素划分可以分为微观事件、中观事件、宏观事件。微观事件、中观事件其背后主导因素依然为人的因素，只不过微观事件涉及到的是上文中定义的个体行为，中观事件背后对应的因素为集体行为等。而宏观事件一般透出的是大规模集体行为、组织行为。每种事态都有自身的特点。

需要说明的是，按照这种划分，并不是一定要按照人的因素作为主导来甄别待分离对象的核心特征，而是需要关注在社会经济系统中可能出现的人的因素对核心特征可能产生的影响，以及从对随机扰动的控制的角度出发而做出的划分。

2.2 色谱经济分析系统

2.2.1 色谱经济分析系统的基本理论与概念

(1)理想分离条件

色谱经济分析法具体应用时需要满足一些条件，当这些条件满足时可以认为色谱分析过程对组分的分离是理想的，目前可以预期的条件有：

①不确定性的可控性。正如上面所述，在社会经济系统中，由于本身所具有的开放性、动态性等特点导致各种经济事实充满不确定性，如果这种不确定性是不可控的，整体的色谱分析系统将无法有效运作。为了尽量满足不确定性的可控性，尽量降低事件的随机扰动，我们需要做的工作是以待分离对象为标的物，进行建立封闭或半封闭系统。需要指出的是这种封闭或半封闭的系统的建立，并不能在所有的对象分离中适用，需要对待分离对象的与分离相关的核心特征做出判断，如果这种特征是依据外部变化方程而存在的，且这种外部方程存在非内部化特点，那么这种封闭或半封闭的系统就无法有效的建立。也存在其他因素导致无法建立的情况。

②待分离对象的非变异性（或待分离对象的连续性）。在封闭或者半封闭的系统建立后，不确定性已经在可控制范围内，对待分离对象的分离存在静态分离和动态分离之分。这里的非变异性指在这两种分离的过程中，待分离对象相对于分离目标的核心特征是连续的，在本次的分离过程中不能够改变。当然这种核心特征是可以随着分离目标的改变而改变。当这种变异性存在时，待分离物相对于分离目标的本质发生改变，将无法分离。

(2)经济中的塔板理论

在化学的色谱分析领域中，塔板理论简而言之是一种线性色谱理论，根据它可以得出色谱流出曲线的数学表达式、算出给定柱子的理论塔板数，它的抽象的理论含义对色谱应用在社会经济领域中有启示意义。在社会经济领域中，部分待分离对象的核心特征对设置的辨析环境反应较激烈，相互混合的组分可以马上得到分离（立即分离性）。由于在社会经济领域中，多数事件服从正态分布，以及混合组分的立即分离性的特点，在一些不确定性控制较好的应用领域，我们可以建立外标样本，与待分离物的高斯分布进行对比，观察其峰型和面积来进行定性和定量分析。

(3)经济中的速率理论

在化学的色谱分析领域中，速率理论主要指出组分在两相间的平衡不能瞬时达成，即它在两相交换时传质速度是有限的。同样道理存在于色谱的社会经济分离过程中。现实中存在一部分待分离物，其各种组分在设置的环境中不能马上得到分离，其核心特征的显现有一定滞后性，对针对核心特征设置的反应环境的反应程度是有限的。

2.2.2 色谱经济分析系统的分析框架

(1)分析框架中需要明确的概念

①分析系统。我们视整体分析框架为一个有机系统，内部包含多个架构和子系统。此系统概念既有作为“整体”的含义，也有作为“部分”的含义。它本身是一个完整的系统，包含各种有机功能的子架构，但是同时它相对于大的经济系统来说它又是一个“部分”。这个系统的建立另一个重要的目标是对与不确定性控制的需要，是一个封闭或半封闭的状态。

②分离过程子系统。是总分析系统的一个子系统，履行整体系统中的一部分职能。待分离物在分离过程子系统中发生反应，并开始发生分离。分离过程子系统也有其内部构成，由多个在反应过程中发生作用的要素组成。

③检测子系统。主要是在分离过程完成后，对分离出的组分，根据原始目标要求的特性进行检测，测出精度和效度。

④组分。组分指组成待分离对象的构成，每一种待分离对象都可以分解为多种以及多个组分，这种组分是以分离目标相联系的，可以说这种组分是我们对待分离对象分离成功后所余的目标要素。

⑤固定相。在分离过程子系统中起分离作用的环境设置，可动态调整，具有对待分离对象核心特征“吸附”作用，对组分有良好的选择性，能够使样本中各组分能彼此分离，尤其在单一固定相不能满足时，可使用混合式固定相。各组分之间能够在子系统中被分离，决定于组分相对于分离目标的核心特征的对固定相的反应程度。

⑥流动相。对待分离对象核心特征的内部分解细化，并由此具有定量性质地分理处组分。流动相的直接影响到分离效果的好坏，也影响到测定的成功与否。流动相的针对待分离对象的特点的效果如何，将直接影响到整体分离系统的稳定性、分离效率、分离速度等。

⑦特征常数。在检测子系统中，通过前期建立的该领域的样本库，进行对待分离对象的对比，以不同性质的多种组分分别考察对某固定相的反应值，将得到不同的结果，并将这些数据按一定的规律分类，并命名为特征常数。

⑧边界。系统内各子系统以及子构架的边界。

⑨输入过程。把待分离对象混合样本输入至分离系统中，期间可能夹杂着其他扰动项，在输入过程的不确定性控制是建立封闭系统的关键点之一。

⑩输出过程。组分的从系统中导出的分离确立的过程。

輥輯訛熵。在科学技术上泛指某些物质系统状态的一种度量或者某些物质系统状态可能出现的程度。在分离系统中指待分离对象可出现分离状态的一种临界点，这种临界点是待分离对象的核心特征对固定相与流动相反应程度的一种量的规定。

(2)分析系统构成图解

如图1所示，我们的分离目标领域属于社会经济一部分，在此领域中仍然存在与大环境交换各种信息，存在大量不确定性，这对分析系统存在较强的扰动。这样我们可以尝试针对目标领域建立封闭或者半封闭的分析系统。伴有随机扰动的待分离对象样本进入分离子系统，在分离子系统中设置有固定相和流动相，固定相与流动相相辅相成。待分离后输入到监测子系统，经过检测后如果分离效果好直接输出分离完成的组分，如果效果不佳，可重新分离。需要指出的是，在这里分离子系统可以是多重的、并联的，既可以是静态的也可以是多时间阶段动态的。

2.2.3 分析系统的定性与定量分析

(1)定性分析

传统经济分类定性方法是指利用经济行为的本质区别来对不同对象进行划分，它的基础是已有的理论研究成果，不需要进行定量分析。而色谱分析法的定性分析，既可以保留传统定性方法时，又可以使用样本库中的“特征常数”与分离出的组分进行对比定性。

已知混合的组分：待分离目标的构成组分是已知的，此时既可以按照传统经济分类定性方法进行定性，也可以按照“特征常数”法。

未知（未全知）混合的组分：待分离对象的构成组分是未知的（或未全知的）时，传统的经济分类方法不能够很好地发挥作用，此时宜用“特征常数”法对未知组分的定性。

（2）定量分析

取决于取样与样本前处理、分离条件选择、流动相的选取、随机扰动的处理等因素，需要奠定其概率论基础。

3 结束语

本论文所提出来的研究议题，是一个全新的、难度很大的理论研究问题，为此，我们有以下几点说明：

(1)在现有的人文社会科学领域，各个学科一般都有一定的分类方法，如传统的经济分类方式中，一般采取定性分类方法或是定量分类方法；统计学分类分析方法很多，主要有诸如聚类分析法、优选法、统筹法、因子分析法、主成分分析、判别分析、对应分析、典型相关分析、多维尺度分析等方法；法学分类方法如要件分类法、客观主义分类法、主观主义分类法、作用分类法、分工分类法、混合分类法等；社会学对于“分类”的研究更多停留在概念和理论的层面，通常按照知性的“范畴”，如时间、空间、类属、数量、因果、实体、人格等等进行分类；在心理学范畴中，分类方式更多的是人类意识层面的反应，是对事物的认知，将人类的分类行为，进行多重系统理论假设，认为人类至少有两个独立的分类系统：一个是在意识控制下的基于外显推理的言语分类系统，适用于对基于规则结构的类别学习；另一个是内隐的基于程序学习的非言语分类系统，适用于对信息整合结构的类别学习。

作为色谱分析方法的引入，从方法的研究结果来预期，我们认为至少有三种可能：①增加了一种新的分类方法，其作用和应用可操作性与其他各个学科的已有的方法具有较弱、同等或更优性；②是其他各个学科已有的分类方法的一个补充或者完善；③比其他已有分类方法更全面，甚至替代所有现有分类方法，从而开创人文社会科学领域一个崭新的定量和定性分析方法。

(2)色谱分析法是分析化学的一个重要分支，已经成为现代科学研究等前沿领域不可或缺的关键技术手段，在现代工业、农业、生命科学、环境科学等领域中发挥着重要作用。色谱分析法引入到人文社会科学领域，必将在市场调查、统计分组、产业经济学、区域经济学、金融证券分析、宏微观经济形势分析、抽样理论与应用、国际关系分析、消费者行为分析、企业文化、企业财务分析、人力资源分析、风险管理、灾害预警与评估、法学、心理学等诸多领域发挥重要作用。

(3)关于将色谱分析方法从化学引入到人文社会科学领域后的称呼问题，我们认为为时过早，我们暂时没有做最后的定论。从方法论的角度来说，仍可称呼“色谱分析法”，如果从一门新学科来说，我们曾经确定为“色谱统计学”，但我们倾向于用“色谱经济学”来定位。主要考虑到仅仅局限于统计学的研究和应用是不够的，而应该从应用经济学的高度和视野去思考问题和研究问题，从经济学学科的角度，统计学也属于应用经济学范畴。

（4）本问题的提出是两大相距甚远的学科进行融合研究的重大研究议题，面临着多学科融合的挑战和困难。我们认为基本的研究思路和路径可以这样考虑：弄清楚色谱分析方法的基本原理、基本概念、基本分析方法、主要应用领域；→寻找人文社会科学，特别是经济学、管理学置换方式；→整理现有人文社会科学领域各个学科的分组或分类方法；→选择色谱分析方法中最适合应用于经济学的一个方法或者综合几个方法的基础上拟定色谱经济学（暂定名）的研究框架；→选择几个现实问题或者行业领域进行经济实证模拟分析；→设计色谱经济学分析软件，或者最终设计制造色谱经济分析仪。

(5)初期研究所要考虑的几个问题

①对社会经济事件与现象的可能划分。目前对社会经济事件与现象的总体分类依然很薄弱，对于目标总体的有效划分有助于抓住待分离目标的核心特征，增加分离的有效性。同时对社会经济事件与现象的划分也是一个多学科交叉研究的过程，可能涉及到经济学、管理学、心理学、社会学等多个学科的交叉，这种交叉研究本身就能有助于研究社会科学各种事件与现象的分类，但也应注意到这种交叉研究过程的困难。

②对分离过程中不确定性控制问题研究。正如前文所述，如何处理我们在分离过程中的不确定性问题依然是我们的首要问题，这种不确定性为我们的分离过程的准确性带来很大的风险。如何结合所应用的领域，处理好不确定性，尽量减少随机扰动带来的分离难题，是本研究初期要解决的重点。

③对色谱经济分析法概率论基础研究。本身这种分析法的借鉴与引用是一个多学科的交叉研究过程，数学作为一门重要的科学工具同样是涉及的重要内容。色谱经济分析过程包括对各种“反应”数据进行解析，我们有必要研究它的概率论基础，使色谱经济分析更具有科学的客观依据。

④对色谱经济分析法的样本库建立的研究。鉴于在某些应用领域使用外标法定量分析法可行，我们有必要在满足总核心原则、有较好的理想分离条件的应用领域尝试建立待分离对象的样本库，有利于对比分析。

（编者注：本文后续研究成果将在本刊陆续刊出，敬请读者留意）。

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