用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)交通，理性工具還是巨坑？
城市發(fā)展，修橋建路，離不開(kāi)出行預(yù)測(cè)這一基本的決策工具。從70年前誕生至今，出行預(yù)測(cè)的發(fā)展見(jiàn)證了客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法在指導(dǎo)交通規(guī)劃方面的巨大成功。但本文作者認(rèn)為，出行預(yù)測(cè)既是科學(xué)問(wèn)題，也是政治問(wèn)題。數(shù)學(xué)模型不應(yīng)該、也不可能成為公共政策制定的唯一考量。拔高它的科學(xué)性不是解決問(wèn)題的方案，而正是問(wèn)題所在。
撰文 | 聶宇（美國(guó)西北大學(xué)）
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引 言
交通運(yùn)輸學(xué)界的前輩，David Boyce 和 Huw Williams 都曾站在各自專業(yè)領(lǐng)域的巔峰，見(jiàn)證了出行預(yù)測(cè)的誕生和成長(zhǎng)。他們?cè)跇s退之后，總結(jié)反思，以全球視野，稟史家筆法，伏案十余年寫(xiě)就《城市出行預(yù)測(cè)：歷史現(xiàn)狀未來(lái)》這本奇書(shū)（后文簡(jiǎn)稱《出行史》）。
說(shuō)《出行史》是一本奇書(shū)，是因?yàn)樗媸詹⑿睿杭瓤勺餍袠I(yè)歷史泛讀，也是交通分析入門(mén)的精讀教材。普通讀者會(huì)從書(shū)中學(xué)到出行政策制訂、規(guī)劃實(shí)踐的常識(shí)，也能找到滿足好奇心的逸聞故實(shí)；專業(yè)人士則可通過(guò)此書(shū)整合知識(shí)體系，融會(huì)貫通，更上層樓?？偨Y(jié)起來(lái)，《出行史》有三大特點(diǎn)：（一）對(duì)歐美出行預(yù)測(cè)發(fā)展史的比較分析；（二）兼顧出行系統(tǒng)分析中供給、需求兩大分支；（三）持論公允，無(wú)夸張曲解，也不文過(guò)飾非。對(duì)應(yīng)這三點(diǎn)，下文也分為三節(jié)。前兩節(jié)講歷史，為出行預(yù)測(cè)立傳，回顧模型的前世今生；第三節(jié)作批判，反思得失，展望未來(lái)。
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出行預(yù)測(cè)發(fā)源于1950年代的美國(guó)。其時(shí)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)繁榮，大量來(lái)自南方農(nóng)村的人口涌入城市。受新增人口沖擊，部分城市居民開(kāi)始搬離市中心，向郊區(qū)轉(zhuǎn)移。郊區(qū)化浪潮引發(fā)的職住分離，給道路交通系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的升級(jí)壓力。1956年，埃森豪威爾政府通過(guò)聯(lián)邦公路援助法案，迎接機(jī)動(dòng)化挑戰(zhàn)，拉開(kāi)了州際公路網(wǎng)建設(shè)的帷幕，一干就是二十多年。如此大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施投資，很自然地催生了對(duì)規(guī)劃的需求。簡(jiǎn)言之，需要修多少路，什么樣的路，在哪里修，什么時(shí)候修？這些問(wèn)題的提出讓聯(lián)邦和地方政府中的有識(shí)之士意識(shí)到，要做好公路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的決策，首先要搞清楚居民的出行需求，以保證道路供給與之匹配。因?yàn)橐?guī)劃面向未來(lái)，所以僅知道現(xiàn)狀出行需求還不夠，還需根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)未來(lái)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，這就是出行預(yù)測(cè)的發(fā)端。出行預(yù)測(cè)從那時(shí)起到今天，大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。
1953年，Douglas J. Carroll 牽頭在底特律開(kāi)展了首次大規(guī)模城市出行研究。他把底特律地區(qū)分為兩百多個(gè)交通小區(qū)，以家訪調(diào)查為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)未來(lái)進(jìn)出小區(qū)的出行總量，并估算總量在各小區(qū)對(duì)之間的分布，生成通常所說(shuō)的出行表（或出行矩陣）。出行表最終通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的步驟加載到路網(wǎng)之上，用于預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)不同規(guī)劃方案對(duì)應(yīng)的交通流量、旅行時(shí)間和服務(wù)水平。可以看到，底特律研究已經(jīng)形成了后來(lái)大名鼎鼎的四步交通規(guī)劃法的雛形，除了方式劃分，其他的三步，出行生成、出行分布和交通分配都已正式登場(chǎng)。
底特律大功告成之后，Carroll轉(zhuǎn)戰(zhàn)芝加哥，領(lǐng)導(dǎo)了出行預(yù)測(cè)史上最負(fù)盛名的地區(qū)交通研究。芝加哥研究第一次通過(guò)土地利用類型預(yù)測(cè)人均出行率，并正式考慮了公交在出行中的分擔(dān)率，由此引入了方式劃分的概念。人類歷史上第一次用計(jì)算機(jī)大規(guī)模求解最短路算法大概也是芝加哥研究的創(chuàng)舉，當(dāng)時(shí)的芝加哥地區(qū)路網(wǎng)有多達(dá)2500個(gè)路段，對(duì)內(nèi)存的要求逼近最新一代大型機(jī)（IBM704）的極限。
芝加哥研究之后，1960年代之初，美國(guó)公路局開(kāi)始介入出行預(yù)測(cè)，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，正式形成了由出行生成、出行分布、方式劃分和交通分配四個(gè)順序步驟組成的理論框架，并在隨后的十年間開(kāi)發(fā)了影響深遠(yuǎn)的出行預(yù)測(cè)計(jì)算程序包，從此成就了四步法一統(tǒng)江湖的地位。出行預(yù)測(cè)行業(yè)的奠基工作就此完成。
圖1 出行預(yù)測(cè)模型框架（美國(guó)交通部，1972）
到上世紀(jì)70年代中期，隨著美國(guó)州際公路網(wǎng)基本建成，多數(shù)大都市完成了中長(zhǎng)期道路交通綜合規(guī)劃方案的制訂，并通過(guò)都會(huì)規(guī)劃組織的設(shè)立制度化，定期根據(jù)人口、就業(yè)趨勢(shì)對(duì)方案更新。
美國(guó)人從政治動(dòng)蕩的60年代走出來(lái)，開(kāi)始發(fā)現(xiàn)全民機(jī)動(dòng)出行并非想象中的天堂。首先是路越多越堵。連接郊區(qū)和市中心的高速路加速了郊區(qū)化進(jìn)程，結(jié)果是修路的速度趕不上通勤人口的增長(zhǎng)。其次是汽車排放造成嚴(yán)重污染，霧霾酸雨在大城市成為家常便飯。再次，遍布的高速路侵占城市空間，割裂社區(qū)，少數(shù)族裔深受其害。最后，中東石油危機(jī)造成油價(jià)飛漲，開(kāi)車成本猛增，成為壓垮駱駝的最后一根稻草。
1977年，美國(guó)頒布《清潔空氣法案》修正案，要求出行規(guī)劃將空氣質(zhì)量目標(biāo)納入規(guī)劃步驟。從那之后，出行規(guī)劃的目標(biāo)開(kāi)始從單純滿足（機(jī)動(dòng)）出行需求，轉(zhuǎn)向如何對(duì)出行需求進(jìn)行管理，包括限制駕車出行，鼓勵(lì)使用更環(huán)保的方式等。而出行規(guī)劃實(shí)踐的重心也從編制長(zhǎng)期方案轉(zhuǎn)向各類短期交通需求管理項(xiàng)目，如共乘車道設(shè)置，擁堵收費(fèi)，公交改善等。
這一時(shí)期，傳統(tǒng)四步法仍然是出行預(yù)測(cè)實(shí)踐中的絕對(duì)主力，但學(xué)界迎來(lái)了方法論上爆發(fā)式的創(chuàng)新，各類成果開(kāi)始緩慢地向?qū)嵺`滲透轉(zhuǎn)移。這些創(chuàng)新主要圍繞對(duì)四步法的組合統(tǒng)一，增加模型現(xiàn)實(shí)性，以及以行為為核心的建模理念展開(kāi)，開(kāi)辟了組合出行模型、動(dòng)態(tài)交通分配、離散選擇及活動(dòng)模型等幾個(gè)大的領(lǐng)域，其影響綿延至今。
隨著蘇聯(lián)解體和冷戰(zhàn)結(jié)束，美國(guó)出行界在90年代初迎來(lái)兩個(gè)重要的聯(lián)邦法案：1990年的《清潔空氣法案》和1991年的《冰茶法案》（注2）。前者第一次對(duì)出行預(yù)測(cè)的步驟做出了具體要求，包括考慮出行在一天內(nèi)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特性，以及四步法不同步驟間的反饋（即一致性）。后者提出了以提高道路設(shè)施運(yùn)行效率為核心的治堵理念，并要求長(zhǎng)期規(guī)劃應(yīng)滿足《空氣法案》的交通控制措施，并綜合考慮交通投資決策對(duì)用地和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。聯(lián)邦公路局隨后發(fā)起了交通模型改進(jìn)工程，正式啟動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)出行預(yù)測(cè)方法的系統(tǒng)改進(jìn)。
除去各都會(huì)組織對(duì)它們手中出行模型的修修補(bǔ)補(bǔ)，這期間大量的嘗試都圍繞活動(dòng)模型和動(dòng)態(tài)交通分配兩條技術(shù)路線展開(kāi)，目標(biāo)是通過(guò)應(yīng)用微觀仿真技術(shù)提升出行預(yù)測(cè)中的行為和物理現(xiàn)實(shí)性，形成支撐短期甚至實(shí)時(shí)需求管理決策的能力，為打造 “智能交通系統(tǒng)” 服務(wù)。
遺憾的是，理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。時(shí)至今日，能在出行預(yù)測(cè)中經(jīng)常使用活動(dòng)模型和動(dòng)態(tài)交通分配的都會(huì)組織依然寥寥無(wú)幾，真正唱主角的仍是早就被噴得體無(wú)完膚，打著各色補(bǔ)丁的四步法。也許一線規(guī)劃師和他們的主管一樣，習(xí)慣了蕭規(guī)曹隨，不自覺(jué)地抵抗新生事物。但是，使用這些新技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)收集、計(jì)算資源和分析能力提出的要求，確非一般都會(huì)組織所能滿足。而它們?cè)趯?shí)踐中體現(xiàn)出的真正價(jià)值，即對(duì)決策能力和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的提升，又跟它們高昂的價(jià)格背離。
這個(gè)時(shí)期出行領(lǐng)域細(xì)分趨勢(shì)明顯，本該互通有無(wú)、協(xié)同共進(jìn)的技術(shù)路線經(jīng)常處于并行的狀態(tài)，多數(shù)研究者和規(guī)劃師滿足于在自己的一畝三分地里深耕，成為真正的 “專家”。某種意義上，這是一個(gè)領(lǐng)域范式成熟的表征。但三十年如白駒過(guò)隙，而創(chuàng)新在實(shí)踐中的應(yīng)用始終乏善可陳，或許是舊范式已成桎梏、新范式的創(chuàng)立當(dāng)提上日程之征兆。
圖3 1991年美國(guó)國(guó)會(huì)《冰茶法案》（ISTEA）
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模型的前世今生
數(shù)學(xué)模型是出行預(yù)測(cè)的靈魂，也是它科學(xué)性的基礎(chǔ)。什么是數(shù)學(xué)模型呢？簡(jiǎn)言之，模型是真實(shí)世界的鏡像，它通過(guò)合理簡(jiǎn)化，把研究對(duì)象用抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)和公式系統(tǒng)來(lái)表達(dá)，幫助決策者發(fā)現(xiàn)基本變量間的相互關(guān)系，掌握其演化的基本規(guī)律，并以此為據(jù)建立決策支撐體系。
Carroll的最初工作其實(shí)就是把一個(gè)復(fù)雜的決策問(wèn)題——即如何規(guī)劃路網(wǎng)以滿足遠(yuǎn)景出行需求—抽象并轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型。他的模型有兩個(gè)基本組件：分割為交通小區(qū)的路網(wǎng)（供給），需要出行的居民（需求）。Carroll的初衷是量化各種道路規(guī)劃方案在未來(lái)對(duì)機(jī)動(dòng)車出行服務(wù)水平的影響。為此，首先要估算小區(qū)內(nèi)居民在工作日的出行次數(shù)，即出行生成。其次，出行總量在各小區(qū)對(duì)間如何分布，即出行分布。再次，各種方式（駕車、公交等）如何分擔(dān)各小區(qū)之間的出行量，即方式劃分。最后，小區(qū)出行量加載到道路網(wǎng)上以估算服務(wù)水平（旅行時(shí)間），即交通分配。四步法雖然很快就因?yàn)楹?jiǎn)單實(shí)用被廣泛接受，但作為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型，它有幾個(gè)很大的漏洞。
首先，生成出行的思路非常粗糙：先通過(guò)調(diào)查把出行量跟解釋變量（如用地方案，人口等）或家庭特征（如擁車量，收入，人口結(jié)構(gòu)等）關(guān)聯(lián)，然后以統(tǒng)計(jì)關(guān)系為基礎(chǔ)，把對(duì)解釋變量的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化為出行總量的預(yù)測(cè)。這里的問(wèn)題是從調(diào)查數(shù)據(jù)中回歸出來(lái)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系只代表相關(guān)性，且在N年后未必適用。另外，有些變量（如用地方案）與出行有顯著的相互影響，但仍被當(dāng)作外生變量單獨(dú)預(yù)測(cè)。
其二，出行分布和方式劃分在順序上位于交通分配之前，但卻依賴于交通分配生成的服務(wù)水平指標(biāo)作為輸入。因此，順序四步法存在自相矛盾，即用于確定出行分布和方式劃分的服務(wù)水平偏離交通分配產(chǎn)生的服務(wù)水平。
其三，交通分配的基本假設(shè)是司機(jī)會(huì)選擇路網(wǎng)中最短（快）的路線。然而，隨著交通量上升，道路會(huì)產(chǎn)生擁堵，增加旅行時(shí)間，原來(lái)的最短路不再最短。Carroll意識(shí)到一部分司機(jī)會(huì)不斷換到其他路線以規(guī)避擁堵，但是沒(méi)有討論這個(gè)過(guò)程是否存在收斂點(diǎn)（即均衡態(tài)），以及如何計(jì)算收斂點(diǎn)。
其四，完全無(wú)視出行的動(dòng)態(tài)特性。出行量瞬間加載到路網(wǎng)上，由提前標(biāo)定的多項(xiàng)式函數(shù)轉(zhuǎn)化為旅行時(shí)間。這造成擁堵效應(yīng)固化到路段，無(wú)法復(fù)制真實(shí)網(wǎng)絡(luò)里的傳播效應(yīng)。更重要的是，任何與日程安排（例如出發(fā)時(shí)間）相關(guān)的出行決策都只能拋棄。
所謂不滿是向上的車輪。這些缺陷成為創(chuàng)新的源泉，其巨大推力在1960年代開(kāi)始在學(xué)術(shù)界顯現(xiàn)。
首先討論均衡問(wèn)題，是因?yàn)樗奶岢鲈缬贑arroll的芝加哥研究。這個(gè)理論上的重大突破，要?dú)w功于50年代從戰(zhàn)后的德國(guó)漂洋過(guò)海，來(lái)到芝加哥大學(xué)做博后的經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Martin Beckmann。
對(duì)選路均衡的描述可以追溯到1920年英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Arthur Pigou 發(fā)表的《福利經(jīng)濟(jì)學(xué)》以及1952年 George Wardrop 提出的Wardrop 均衡態(tài)：均衡態(tài)被定義為 “無(wú)人能通過(guò)改變行駛路線降低旅行時(shí)間” 的狀態(tài)（注3）。Beckmann與兩位合作者于1956年發(fā)表《交通經(jīng)濟(jì)學(xué)研究》，率先構(gòu)造了均衡網(wǎng)絡(luò)交通分配的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，并證明它的最優(yōu)解即Wardrop 均衡。通過(guò)求解Beckmann模型，即可獲得四步法中最后一步的精確解。后來(lái)的研究者發(fā)現(xiàn)，以Beckmann模型作為基礎(chǔ)，也可以推導(dǎo)出組合模型，把四步法中的后三步合為一體。然而，命運(yùn)雖然在同一時(shí)間把Carroll和Beckmann安排到同一座城市，但卻讓他們擦肩而過(guò)。這兩位分別為出行預(yù)測(cè)的實(shí)踐和理論奠基的大神似乎對(duì)彼此的工作一無(wú)所知，錯(cuò)失了攜手發(fā)展的良機(jī)，實(shí)為出行界一大憾事。《交通經(jīng)濟(jì)學(xué)研究》雖有后來(lái)的諾獎(jiǎng)得主 Tjalling Koopmans 作序背書(shū)，但影響甚微，很快湮沒(méi)無(wú)聞，Beckmann當(dāng)時(shí)也完全沒(méi)意識(shí)到，自己博后出站寫(xiě)本書(shū)，居然開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域。
就實(shí)用性來(lái)說(shuō)，Beckmann模型的致命傷是沒(méi)有能在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)上對(duì)它求解的算法。冥冥之中似有天意，鑿開(kāi)這塊璞玉的工具在《交通經(jīng)濟(jì)學(xué)研究》發(fā)表的同一年，已經(jīng)被兩位應(yīng)用數(shù)學(xué)家Marguerite Frank 和 Philip Wolfe 鍛造完畢。不過(guò)出行領(lǐng)域要等到70年代初，才會(huì)由蒙特利爾大學(xué)的 Michael Florian 和西北大學(xué)的 Larry Leblanc 分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，本來(lái)為二次規(guī)劃問(wèn)題設(shè)計(jì)的Frank-Wolfe算法，竟是求解均衡模型的大殺器。也大約在那個(gè)時(shí)候，Beckmann的工作通過(guò)他在布朗大學(xué)的同事，希臘裔應(yīng)用數(shù)學(xué)家 Stella Dafermos 等一干學(xué)者，被出行領(lǐng)域重新發(fā)現(xiàn)，奉為經(jīng)典。直到現(xiàn)在，有Frank-Wolfe算法加持的網(wǎng)絡(luò)均衡模型，仍是出行預(yù)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣、研究最透、粉絲最多的理論。
模型一體化的最初嘗試是土地利用交通一體化。顧名思義，它認(rèn)為交通規(guī)劃須和區(qū)域土地使用綜合考慮，一方面讓出行生成直接與土地類型關(guān)聯(lián)，另一方面允許道路設(shè)施規(guī)劃影響土地使用政策，包括工作、零售、居住用地的選址問(wèn)題。在這一領(lǐng)域，Ira Lowry 的城市土地利用模型是60年代最出風(fēng)頭的理論工作，而應(yīng)用方面，則當(dāng)首推以費(fèi)城為中心的賓州-新澤西交通研究。然而，用地交通模型在實(shí)踐中表現(xiàn)很不給力，到70年代便開(kāi)始遭到猛烈批評(píng)，其中言辭最彪悍的，是伯克利年輕氣盛的助理教授 Douglas J. Lee 寫(xiě)的《大模型的安魂曲》。
對(duì)模型一體化貢獻(xiàn)最大的也許要數(shù)英國(guó)的應(yīng)用數(shù)學(xué)家 Allan Wilson。他發(fā)現(xiàn)出行分布的重力模型與熵函數(shù)最大化問(wèn)題（即找出可能性最大的出行模式）是等價(jià)的。由此生發(fā)，Wilson意識(shí)到最大熵模型不僅可用于統(tǒng)一四步法中的出行分布、方式劃分和交通分配，而且與分層多項(xiàng)Logit模型一致。這一思路很快成為出行模型一體化的范式，在70年代先后出現(xiàn)了瑞典的 Suzanne Evans 的出行分布-交通分布組合模型，賓州大學(xué) Tony Smith 用人類空間交互行為原則對(duì)最大熵模型的重新解讀，以及當(dāng)時(shí)也在賓州大學(xué)任教的 David Boyce（《出行史》第一作者）對(duì)統(tǒng)一Evans組合模型和城市選址問(wèn)題的嘗試。到90年代 Norbert Oppenheim 發(fā)表《城市交通需求建?！?，完整闡述了最大熵組合模型與隨機(jī)效用出行選擇模型之間的關(guān)系，為這一系列工作之集大成者。
最大熵法雖然名噪一時(shí)，從者甚眾（Boyce就對(duì)其頗為偏愛(ài)和推重），但它以統(tǒng)計(jì)物理來(lái)解釋出行現(xiàn)象的做法一直為人詬病。批評(píng)者認(rèn)為它缺乏跟出行行為直接關(guān)聯(lián)的 “第一性” 原理，僅以最大似然率搜尋統(tǒng)計(jì)規(guī)律，難以具備真正的預(yù)測(cè)力。
解決這個(gè) “第一性” 問(wèn)題的，是2000年諾獎(jiǎng)得主，美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Daniel McFadden。McFadden以個(gè)體行為作為預(yù)測(cè)的對(duì)象，用隨機(jī)效用最大化理論來(lái)對(duì)它建模。有了這個(gè)微觀基礎(chǔ)。從方式到終點(diǎn)，從路線到出發(fā)時(shí)間，復(fù)雜的宏觀出行現(xiàn)象可以用一系列互相關(guān)聯(lián)的離散選擇來(lái)描述?！袄硇越?jīng)濟(jì)人”（homo economicus）會(huì)選擇效用最大的出行組合，而不同組合被選中的概率則反應(yīng)了個(gè)體偏好和未知屬性的影響。通過(guò)這個(gè)理論，預(yù)測(cè)以行為作媒介來(lái)進(jìn)行；而政策或者規(guī)劃方案的效果，也根據(jù)它們對(duì)出行組合屬性的影響來(lái)判斷。在70年代初期，McFadden以較小的調(diào)查樣本，用離散選擇模型正確預(yù)測(cè)了舊金山灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)（BART）的分擔(dān)率，完敗官方的預(yù)測(cè)，一戰(zhàn)成名，奠定了微觀行為模型與傳統(tǒng)四步法分庭抗禮的局面（注4）。離散選擇模型從此進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)代，不僅在出行領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，也成為計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)最重要的理論工具之一。在很短的時(shí)間內(nèi)，這股浪潮先后催生了解決選項(xiàng)相關(guān)性的嵌套Logit結(jié)構(gòu)，包羅萬(wàn)象的廣義極值模型，以及微觀仿真方法。一大批后來(lái)聲名赫赫的學(xué)者，包括美國(guó)的Moshe Ben-Akiva，Charles Manski， Frank Koppelman和Ken Small, 英國(guó)的Huw Williams（《出行史》第二作者）和 Andrew Daly，都是在這個(gè)時(shí)期脫穎而出的。
從70年代末開(kāi)始，“行為第一性” 的倡導(dǎo)者們進(jìn)一步朔本清源，認(rèn)為出行更合理的行為基礎(chǔ)是個(gè)體和家庭的活動(dòng)。根據(jù)這個(gè)理念，出行本身是人類活動(dòng)的派生需求，因此搞清楚個(gè)體活動(dòng)的規(guī)律，預(yù)測(cè)出行自然順理成章?；顒?dòng)模型不再滿足于預(yù)測(cè)單次出行，而是預(yù)測(cè)個(gè)人甚至家庭整天的活動(dòng)日程安排，以及鏈接活動(dòng)的出行環(huán)。由于預(yù)測(cè)對(duì)象維度的擴(kuò)展，以及家庭活動(dòng)的種類、動(dòng)機(jī)和約束的多樣性，活動(dòng)模型的復(fù)雜度和對(duì)數(shù)據(jù)、計(jì)算能力的要求呈指數(shù)上升，在一定程度上影響了實(shí)用性。到后來(lái)，理性經(jīng)濟(jì)人假設(shè)本身，即個(gè)人選擇動(dòng)機(jī)是追求效用最大化，也開(kāi)始受到質(zhì)疑。這一派的代表人物是心理學(xué)家、諾獎(jiǎng)得主 Daniel Kahneman。在發(fā)表于2011年的暢銷書(shū)《快思慢想》中，Kahneman梳理了人類決策中認(rèn)知偏差和非理性的來(lái)源，并討論了可以替換 “效用最大化” 的決策框架，包括在70年代末提出，到2000年以后被引入出行領(lǐng)域的前景理論。
出行決策最終形成路上的車流，而道路服務(wù)水平（即旅行時(shí)間）則跟車流大小緩急的物理特征相關(guān)。Lighthill and Witham 最初提出車流在路上的運(yùn)動(dòng)與河水在河道里的運(yùn)動(dòng)類似，可以用流體力學(xué)里的一維守恒律來(lái)描述；這是出行領(lǐng)域交通流理論分支的發(fā)端。很巧，它和Beckmann的《交通經(jīng)濟(jì)學(xué)研究》以及 Frank-Wolfe 算法一樣，都發(fā)表于1956年。
也在這一年，出行領(lǐng)域另一位大名鼎鼎的人物，物理學(xué)家 Robert Herman 加入了通用汽車實(shí)驗(yàn)室，主管基礎(chǔ)科學(xué)。在通用實(shí)驗(yàn)室，Herman從司機(jī)行為入手研究交通流特性，提出了跟馳模型，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)定。他不僅為后來(lái)的微觀交通仿真和動(dòng)態(tài)交通分配夯實(shí)了科學(xué)基礎(chǔ)，更開(kāi)風(fēng)氣之先，通過(guò)創(chuàng)辦《交通科學(xué)》雜志和《運(yùn)輸和交通流理論論壇》（注5），促進(jìn)了出行領(lǐng)域各分支學(xué)科的交流、融合和發(fā)展。
交通流領(lǐng)域的另外一位頂尖學(xué)者，伯克利的 Gordon Newell, 也是物理學(xué)家出身。和Herman從微觀行為著眼不同，Newell更鐘愛(ài)以流體力學(xué)和排隊(duì)論為基礎(chǔ)的宏觀理論。這兩位先驅(qū)的學(xué)術(shù)理念傳承至今，在動(dòng)態(tài)交通分析領(lǐng)域形成了微觀、宏觀和中觀仿真三大分支，其中最杰出的代表要數(shù)伯克利的 Carlos Daganzo 和我的同事 Hani Mahmassani。前者和Newell一起簡(jiǎn)化并把Lighthill-Witham模型從單一路段推廣到網(wǎng)絡(luò)，奠定了它今天在動(dòng)態(tài)交通分析中的主流地位；后者在80年代跟Herman合作，以動(dòng)態(tài)交通仿真擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)均衡概念，是動(dòng)態(tài)交通分配領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)者之一。
最早把動(dòng)態(tài)分析引入出行領(lǐng)域并跟經(jīng)濟(jì)學(xué)模型結(jié)合的是另一位諾獎(jiǎng)得主William Vickrey。他在1969年用排隊(duì)論構(gòu)造了優(yōu)雅的瓶頸模型，以閉合形式描述早高峰擁堵形態(tài)與通勤者出發(fā)時(shí)間選擇的關(guān)系，并提出用動(dòng)態(tài)擁堵收費(fèi)可以消除擁堵，提高效率。有意思的是，這篇把擁堵收費(fèi)從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)的重要論文，在之后的十余年間在出行領(lǐng)域似乎無(wú)人知曉。直到80年代初，Vickrey的通勤模型才被美國(guó)的 Chris Hendrickson，Newell和Daganzo以及英國(guó)的 Mike Smith 等人重新發(fā)現(xiàn)，并通過(guò)以 Richard Arnott 為首的一批經(jīng)濟(jì)學(xué)家的深耕，成為動(dòng)態(tài)出行領(lǐng)域重要的分析工具。
早期出行模型的另一個(gè)缺陷是所謂的 “確定性假設(shè)”。批評(píng)者指出，實(shí)際出行系統(tǒng)的供需兩端都經(jīng)常受各種隨機(jī)因素（如事故、異常天氣、特殊事件）影響，相當(dāng)不確定。最先提出和解決隨機(jī)交通分配問(wèn)題的大概是 Robert Dial，出行領(lǐng)域的算法設(shè)計(jì)天才。他1971的博士論文解釋了Logit隨機(jī)分配原理并設(shè)計(jì)了高效算法STOCH。到70年代中期，當(dāng)時(shí)還在麻省理工任教的Daganzo和 Yosef Sheffi，Warren Powell 等學(xué)者開(kāi)始系統(tǒng)研究隨機(jī)分配問(wèn)題，到1985年Sheffi發(fā)表他的名作《城市交通網(wǎng)絡(luò)》之時(shí)，隨機(jī)模型已經(jīng)占到了全書(shū)四分之一的篇幅。在后來(lái)的日子里，隨機(jī)性、可靠性和魯棒性的重要性逐漸凸顯，成長(zhǎng)為對(duì)Beckmann模型進(jìn)行升級(jí)拓展的標(biāo)配。
3
出行預(yù)測(cè)批評(píng)
既然寫(xiě)書(shū)評(píng)，批評(píng)自是題中應(yīng)有之義。但這里寫(xiě)的，并不是對(duì)《出行史》的批評(píng)，而是對(duì)出行預(yù)測(cè)領(lǐng)域本身的批評(píng)?！冻鲂惺贰分袑?duì)出行預(yù)測(cè)的批評(píng)占了大半章的篇幅（第11章），有心的讀者請(qǐng)仔細(xì)把玩兩位老先生的史筆。需要說(shuō)明的是，本節(jié)中的批評(píng)雖有些方面與《出行史》重疊，但大多為個(gè)人觀點(diǎn)?？偨Y(jié)起來(lái)，我認(rèn)為出行預(yù)測(cè)有五大問(wèn)題，以下逐一辨析。
無(wú)法證偽的尷尬
預(yù)測(cè)未來(lái)出行需求是為了指導(dǎo)現(xiàn)在的行動(dòng)，即交通或者用地規(guī)劃。但現(xiàn)在的行動(dòng)，包括修高速路、造地鐵、收擁堵費(fèi)等等，又會(huì)對(duì)需求形成擾動(dòng)。所以曾任美國(guó)交通研究委員會(huì)主席的 Martin Wachs 認(rèn)為，既然行動(dòng)和預(yù)測(cè)互相影響，則以預(yù)測(cè)做為行動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)，邏輯上成了循環(huán)論證之困局（Dilemma of circularity，注6）。
譬如為了連接郊區(qū)和市區(qū)而考慮擴(kuò)建高速路。假定規(guī)劃師預(yù)計(jì)20年后郊區(qū)每天去市區(qū)的通勤人數(shù)新增8000，按現(xiàn)狀公交分擔(dān)率，一半會(huì)選擇常規(guī)公交，另一半選擇開(kāi)車。如果每條高速車道容納2000輛車，則新增兩條車道正好能夠滿足需求，不增加擁堵。20年后，發(fā)現(xiàn)通勤人數(shù)確實(shí)增加了8000，但公交分擔(dān)率降到了25%，高速路堵得一塌糊涂。這能夠說(shuō)明規(guī)劃師20年前的預(yù)測(cè)大錯(cuò)特錯(cuò)嗎？亦或是擴(kuò)建高速刺激了更多人購(gòu)車，并且在習(xí)慣開(kāi)車之后不愿再用公交了？還有一種場(chǎng)景，就是規(guī)劃師推薦修輕軌，雖然花費(fèi)多一倍，但可以增加公交分擔(dān)率，吸收掉新增通勤人口。結(jié)果輕軌也許比高速路的吸引力更大，造成通勤人數(shù)增加到12000，輕軌不堪其負(fù)，擠不上輕軌的上班族也不甘心使用常規(guī)公交，依然駕車出行，高速路還是堵了。
循環(huán)論證的困境，決定了制定交通規(guī)劃這樣的公共政策無(wú)法擁有完全客觀的 “正確性” 標(biāo)準(zhǔn)。在上面這個(gè)例子里，修高速或輕軌都與預(yù)測(cè)嚴(yán)重偏離。前者增加了駕車出行，使高速路更擁堵，而后者讓更多的人搬到郊區(qū)，惡化了職住分離。哪一個(gè)決策錯(cuò)得更厲害呢？什么都不做會(huì)更好嗎？政策制訂者永遠(yuǎn)不會(huì)知道?，F(xiàn)實(shí)中真正實(shí)施的只有一個(gè)方案，它錯(cuò)了，并不能證明它就是備選方案中錯(cuò)得最離譜的。實(shí)際上，一個(gè)與預(yù)測(cè)偏離嚴(yán)重的方案甚至也可能是最佳方案，雖然這個(gè)命題同樣也無(wú)法證偽（not falsifiable）。
如果用哲學(xué)家 Karl Popper 的標(biāo)準(zhǔn)，不能證偽的出行預(yù)測(cè)是不能稱為科學(xué)的。使用數(shù)學(xué)模型或許可以為它披上一件科學(xué)的外衣，但改變不了它無(wú)法證偽這個(gè)基本事實(shí)。
大膽假設(shè)的危機(jī)
新文化運(yùn)動(dòng)領(lǐng)袖胡適說(shuō)做學(xué)問(wèn)應(yīng)該 “大膽假設(shè)，小心求證”。在出行預(yù)測(cè)上，大膽假設(shè)并不難，甚至沒(méi)有它我們就寸步難行，但求證很多時(shí)候不是光靠小心就行的。
即使是最簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)，例如把某地區(qū)出行的歷史趨勢(shì)做外推，也需要先建立出行量和土地使用、擁車率、收入水平、人口等解釋變量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，然后用它把解釋變量的趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為出行量的趨勢(shì)。這里面至少需要四個(gè)隱含假設(shè)。首先，出行量和解釋變量存在因果關(guān)系（causation）而非簡(jiǎn)單相關(guān)性（correlation）；其次，未包含在模型里的因素對(duì)出行的影響可以忽略；其三，模型內(nèi)嵌的因果關(guān)系在未來(lái)依然成立；最后；對(duì)解釋變量本身變化趨勢(shì)的獨(dú)立預(yù)測(cè)是正確的。這四個(gè)假設(shè)里面沒(méi)一個(gè)是好求證的。最后一個(gè)與出行本身無(wú)關(guān)，略過(guò)不表。分辨兩個(gè)變量的關(guān)系是因果還是相關(guān)雖然理論可行，但技術(shù)門(mén)檻很高，還需要耐心和運(yùn)氣，實(shí)踐中操作性并不強(qiáng)。關(guān)于那些被模型忽略掉的變量，最出名的是汽油價(jià)格。在出行預(yù)測(cè)的奠基階段，油價(jià)因?yàn)殚L(zhǎng)期維持在低位，且波動(dòng)幅度不大，被模型直接忽略。到70年代石油危機(jī)驚醒夢(mèng)中人，模型師們才發(fā)現(xiàn)原來(lái)油價(jià)也是會(huì)影響出行選擇的。至于假定歷史趨勢(shì)會(huì)持續(xù)下去，只能算是愿景，沒(méi)有任何理論依據(jù)。人們不愿意假設(shè)未來(lái)會(huì)偏離現(xiàn)有趨勢(shì)可以理解。除了大多數(shù)人天生對(duì)劇烈變化的排斥（即風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避），另一個(gè)原因是大幅偏離趨勢(shì)的可能性是無(wú)窮多的，而每一個(gè)真正能實(shí)現(xiàn)的可能性遠(yuǎn)低于維持趨勢(shì)的可能性。因此，大膽假設(shè)在出行預(yù)測(cè)中經(jīng)常表現(xiàn)為保守主義。
對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)外推的假設(shè)求證就如此艱難，就不要說(shuō)其他各種真正大膽的假設(shè)了。僅以上文提到的通勤問(wèn)題為例。在經(jīng)濟(jì)學(xué)家眼里，這不過(guò)是個(gè)誘導(dǎo)需求（induced demand）問(wèn)題，即增加出行供給會(huì)激發(fā)潛在需求，推動(dòng)服務(wù)水平回到原來(lái)的平衡點(diǎn)。解決辦法很簡(jiǎn)單，假設(shè)需求隨供給根據(jù)某個(gè)函數(shù)關(guān)系變化，讓模型通過(guò)供給水平來(lái)確定需求就行了。事實(shí)上，Beckmann在50年代年做出世界上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)均衡模型的時(shí)候，供需關(guān)系就已經(jīng)是彈性的。這個(gè)辦法看上去解決了誘導(dǎo)需求引發(fā)的邏輯自洽問(wèn)題，但實(shí)踐中卻會(huì)讓預(yù)測(cè)變得更復(fù)雜。這是因?yàn)樾枨蟛粌H與供給有關(guān)，也與其他因素（如擁車率，人口）有關(guān)，并且受制于對(duì)它們做統(tǒng)計(jì)外推的各種假設(shè)。因此，增加一個(gè)供需函數(shù)解決不了存在的問(wèn)題，反而讓各種關(guān)系變得剪不斷、理還亂，小心求證更無(wú)從說(shuō)起。
有種觀點(diǎn)認(rèn)為，循環(huán)論證和大膽假設(shè)的由來(lái)，歸根結(jié)底是簡(jiǎn)化模型的需要和缺乏第一性原理的驅(qū)動(dòng)。在出行領(lǐng)域中，第一性原理來(lái)自物理規(guī)律（如交通流理論）或者行為準(zhǔn)則（如效用最大化）。統(tǒng)計(jì)外推屬于單純從數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律的歸納法（inductive method）。普遍的看法是，因?yàn)闆](méi)有第一性原理（first principle）的加持，它無(wú)法獲得演繹法（deductive method）那樣的解釋力和預(yù)測(cè)力。
如果這是病源，那藥方自然是盡量用第一性原理把各種變量間復(fù)雜的關(guān)系表達(dá)出來(lái)，消除對(duì)外生條件的假設(shè)。比如，要解決誘導(dǎo)需求就把供需關(guān)系放到模型里；發(fā)現(xiàn)土地使用和出行相關(guān)，就構(gòu)造土地使用-出行一體化模型；認(rèn)識(shí)到出行是活動(dòng)的衍生需求，那就轉(zhuǎn)而預(yù)測(cè)活動(dòng)而不是出行；而活動(dòng)又依賴于家庭結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期演化，因此，不如干脆把找工作、買(mǎi)房子甚至結(jié)婚生孩子都一起預(yù)測(cè)了。反正所有人類活動(dòng)都涉及某種選擇，可以用經(jīng)濟(jì)人效用最大化原理輕松搞定。
這樣層層加碼的邏輯終點(diǎn)必然是一個(gè)異常復(fù)雜，包含無(wú)數(shù)關(guān)系，試圖復(fù)制真實(shí)世界本身的 “超級(jí)模型”。某種意義上，這類似于物理學(xué)家的終極理想，即一個(gè)可以完全解釋并預(yù)測(cè)宇宙萬(wàn)物演化的宏大理論。遺憾的是，這類超級(jí)模型制造的問(wèn)題多半比它們解決的更多。撇開(kāi)標(biāo)定、計(jì)算復(fù)雜度、運(yùn)行維護(hù)的挑戰(zhàn)，海量變量之間復(fù)雜的相關(guān)性已經(jīng)超出模型師可以控制甚至理解的范圍。這是因?yàn)樵谀Ｐ椭忻考尤胍唤M新的相關(guān)性，它可能會(huì)跟已有變量產(chǎn)生二階，甚至三階的關(guān)聯(lián)；上面提到供需關(guān)系和人口及擁車率的互動(dòng)即是一例。在大模型里，這些關(guān)聯(lián)可能是無(wú)法預(yù)見(jiàn)的，也可能根本就在現(xiàn)實(shí)世界中不存在。正如Lee所說(shuō)，“在模型中加入更多的組件給模型師帶來(lái)一種幻覺(jué)，讓他們覺(jué)得模型更完備，而不確定性降低了。但在實(shí)踐中，每個(gè)新組件帶來(lái)的未知因素都比已知的多?！?/span>（注7）在這樣的情況下，如果超級(jí)模型輸出結(jié)果與現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)偏差，模型師幾乎無(wú)法判斷問(wèn)題出在什么地方，它變成了真正的超級(jí)黑匣子?；蛟S有人會(huì)說(shuō)，這樣跟機(jī)器學(xué)習(xí)殊途同歸，不也挺好的嘛。但問(wèn)題是，機(jī)器學(xué)習(xí)做出黑匣子是求仁得仁，而用演繹法做出一個(gè)黑匣子未免就南轅北轍了。
過(guò)度擬合的陷阱
過(guò)度擬合是預(yù)測(cè)模型的常見(jiàn)病，但在復(fù)雜出行模型中，這個(gè)問(wèn)題尤其難纏。前面講到，復(fù)雜模型由于內(nèi)部關(guān)系太糾結(jié)，在模型輸出與觀察數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差的時(shí)候，很難從第一性原理出發(fā)去解決問(wèn)題（如識(shí)別變量間尚未發(fā)現(xiàn)的因果關(guān)系，或者調(diào)整已知關(guān)系的函數(shù)形式）。這時(shí)候模型師通常會(huì)祭出標(biāo)定這件法寶，即調(diào)整模型里某些參數(shù)，讓輸出與觀察匹配。這種做法本來(lái)無(wú)可厚非，但問(wèn)題是當(dāng)模型里有成千上萬(wàn)的參數(shù)時(shí)，能夠與觀察相匹配的參數(shù)組合幾乎是無(wú)限的。不夸張地說(shuō)，哪怕觀察的數(shù)據(jù)是在火星上收集的，模型也照樣可以跟它湊上。
所以數(shù)學(xué)家 John von Newmann 警告我們，“給我四個(gè)參數(shù)，我就可以湊出一頭大象，再多給我一個(gè)，我還能讓它搖鼻子呢?！?/span>（注8）湊出來(lái)的模型，不管跟觀察數(shù)據(jù)吻合得多么完美，用于預(yù)測(cè)時(shí)都難免差之毫厘謬以千里。雖然機(jī)器學(xué)習(xí)本質(zhì)上用的也是這套方法，但成功使用機(jī)器學(xué)習(xí)的領(lǐng)域，通常決策變量的維度較小且結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)（如識(shí)別問(wèn)題），加上龐大的數(shù)據(jù)量對(duì)變量空間覆蓋相對(duì)完整，使得它對(duì)過(guò)度擬合問(wèn)題有較強(qiáng)的抵抗力。不幸的是，出行預(yù)測(cè)的輸出變量通常維度很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刻畫(huà)系統(tǒng)特征的觀測(cè)數(shù)據(jù)很難達(dá)到應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)的要求。
說(shuō)句題外話，過(guò)度擬合的陷阱并非出行領(lǐng)域獨(dú)有。歷史、政治、和經(jīng)濟(jì)學(xué)家們也經(jīng)常掉進(jìn)坑里，誤把從有限事件（數(shù)據(jù)）里擬合出來(lái)的規(guī)律（模型）當(dāng)做可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的水晶球。第一個(gè)拿諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的美國(guó)人Paul Samuelson（哈佛大學(xué)前校長(zhǎng)Larry Summers的叔叔），在1970年還寫(xiě)書(shū)預(yù)言蘇聯(lián)的GDP會(huì)在1990年到2000年間超過(guò)美國(guó)（注9）。這個(gè)時(shí)候離蘇聯(lián)土崩瓦解只有不到20年。著名政治學(xué)家 Francis Fukuyama（《文明的沖突》作者Samuel Huntington 的弟子）在蘇聯(lián)解體后寫(xiě)下《歷史的終結(jié)》，宣稱民主憲政是人類政治體制發(fā)展的終點(diǎn)?？上哺洞笤捨饔巍防锏淖舷枷勺右粯樱轮辛碎_(kāi)頭，沒(méi)有猜到結(jié)尾。40年之后，政治歷史并未終結(jié)，威權(quán)政體并未消亡，倒是西方憲政民主，正在經(jīng)歷前所未有的危機(jī)和變局。 所以哈佛大學(xué)著名心理學(xué)家Stephen Pinker在《人性中的良善天使》（The better angels of our nature）中開(kāi)玩笑說(shuō)，“社會(huì)科學(xué)家絕不應(yīng)該試圖預(yù)測(cè)未來(lái)，預(yù)測(cè)過(guò)去已經(jīng)夠他們忙活了。”（注10）忠言逆耳利于行，出行領(lǐng)域或可以此為鑒。
圖4 數(shù)學(xué)家 John von Newmann
出行預(yù)測(cè)的本意是去除主觀因素（如長(zhǎng)官意志、政治干預(yù)）的影響, 以科學(xué)指導(dǎo)決策。但出行預(yù)測(cè)的服務(wù)對(duì)象是公共政策制訂，而公共政策牽涉的社會(huì)各方，博弈關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，它們之間的利益權(quán)衡并沒(méi)有完全客觀的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。而前面提到的三大問(wèn)題，即無(wú)法證偽、大膽假設(shè)和過(guò)度復(fù)雜，又為政治干預(yù)留出了巨大的操作空間。因?yàn)闊o(wú)法證偽，所以錯(cuò)了無(wú)需擔(dān)責(zé)；允許大膽假設(shè)，則可用假設(shè)操控結(jié)果；模型過(guò)度復(fù)雜，從而解讀預(yù)測(cè)結(jié)果必須依賴少數(shù)專家的專業(yè)能力和操守。但是專業(yè)能力未必總是靠得住，因?yàn)橛械某?jí)模型已經(jīng)變成了仙俠小說(shuō)中要反噬其主的法寶。而職業(yè)操守，在名利面前，生存壓力之下，有時(shí)也會(huì)成為維持不起的奢侈品（還記得錢(qián)鐘書(shū)在《圍城》里戲謔 “廉恥并不廉”？）。
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題Wachs有段描述非常精彩，摘錄如下：
“頂住壓力，不把營(yíng)私利己的預(yù)測(cè)裝點(diǎn)成完全客觀的技術(shù)分析，并不容易。專家們彬彬有禮地宣揚(yáng)自家預(yù)測(cè)的客觀性，既可以維護(hù)行業(yè)的地位，也能彰顯存在感……假裝某個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)果是完全客觀科學(xué)的，符合政策制定各方——包括專家、主管官員、和政策的倡導(dǎo)者——的利益，尤其當(dāng)資源緊缺令取舍不可避免，而該結(jié)果正好支持由于種種原因被提前看好的政策之時(shí)”。（注11）
再以通勤問(wèn)題為例。修輕軌還是擴(kuò)建高速遠(yuǎn)不僅是改善出行、造福民生這么簡(jiǎn)單，它還涉及經(jīng)濟(jì)發(fā)展、官員政績(jī)、承包商利益等方方面面。假設(shè)城市的管理者出于發(fā)展郊區(qū)經(jīng)濟(jì)的考量，或者響應(yīng)國(guó)家公交導(dǎo)向的倡導(dǎo)，傾向修輕軌。如果模型說(shuō)明修建輕軌確實(shí)比擴(kuò)建高速好，那自然皆大歡喜，其結(jié)果被奉為金科玉律，成為打擊 “質(zhì)疑輕軌論” 的利器。如果不巧發(fā)現(xiàn)建輕軌不是最佳方案呢？這時(shí)候決策者大概要懷疑專家們的判斷力了。對(duì)輕軌的分擔(dān)率的估計(jì)過(guò)分保守了？人口老齡化的問(wèn)題考慮到了嗎？高速路污染排放的成本是不是低估了？
由于模型中總有大量假設(shè)和可調(diào)參數(shù)，“調(diào)出” 決策者想要的結(jié)果，絕非難事。覺(jué)得這有違職業(yè)操守而斷然拒絕的人，也許專家這份很有前途的工作就干不成了；靈活性比原則性更強(qiáng)的人可以找出各種理由說(shuō)服自己：其實(shí)原來(lái)的結(jié)果也未必就更合理，因?yàn)榈降啄膫€(gè)更“正確”這個(gè)問(wèn)題其實(shí)是無(wú)解的。
拋開(kāi)這種誅心之論，決策者和專家們本身也難免受各種心理偏見(jiàn)的左右。其中最著名的是Kahneman發(fā)現(xiàn)的規(guī)劃謬誤（Planning fallacy），即規(guī)劃者普遍有過(guò)度樂(lè)觀的傾向，具體表現(xiàn)為低估項(xiàng)目成本和完成時(shí)間，高估收益。在出行領(lǐng)域里，規(guī)劃謬誤是家常便飯。
《出行史》第11章回顧從1970年代以來(lái)的出行預(yù)測(cè)時(shí)提到，“對(duì)于軌道項(xiàng)目而言，十之有九其乘客預(yù)測(cè)是高估的，平均高估106%”?！督煌ā冯s志前主編 David Hartgen 在2013年寫(xiě)到，“高估出行量和低估成本的趨勢(shì)非常明顯，尤以收費(fèi)公路為甚”（注12）。Planning fallacy 的心理學(xué)解釋有很多，比較著名的有一廂情愿癥（wishful thinking）和自利偏差（self-serving bias）。前者指規(guī)劃師錯(cuò)把自己最想要的結(jié)果當(dāng)成最靠譜的預(yù)測(cè)；后者源于決策者習(xí)慣性地把成功歸因于自己，把失敗歸咎與他人，最終喪失判斷能力。還有一種更為誅心的解釋叫添油戰(zhàn)術(shù)（authorization imperative），認(rèn)為決策者有意無(wú)意在預(yù)測(cè)的時(shí)候降低成本，夸大收益，是為了讓項(xiàng)目獲批。而一旦項(xiàng)目上馬，就算大幅超過(guò)預(yù)算，納稅人為了挽救沉沒(méi)成本，也會(huì)乖乖追加投資。
結(jié) 語(yǔ)
在寫(xiě)這篇讀書(shū)筆記時(shí)，我經(jīng)常問(wèn)自己，出行預(yù)測(cè)這門(mén)70年前在二戰(zhàn)后百?gòu)U待興的特殊社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下興起的新學(xué)科，在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展放緩，全球化進(jìn)程受阻，人口老齡化趨勢(shì)加速的未來(lái)50年，還會(huì)繼續(xù)存在嗎？如果會(huì)，它該如何適應(yīng)新的環(huán)境呢？
我還沒(méi)找到答案，但有幾點(diǎn)體會(huì)想寫(xiě)出來(lái)，與同道中人相互啟發(fā)。
首先，做模型的目的是為了解決問(wèn)題，所以一定要先有解決的問(wèn)題，再去尋找或者打造工具。有的時(shí)候，甚至建模本身就不是解決問(wèn)題的正途?；氐紺arroll的時(shí)代，他發(fā)明四步法的目標(biāo)很明確：解決如何有計(jì)劃地?cái)U(kuò)建公路網(wǎng)的問(wèn)題。但70年后的今天，很多專家手中的出行模型經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，代代相傳，已不再是解決某個(gè)問(wèn)題的專門(mén)工具，而儼然是包治百病的靈丹妙藥，或者無(wú)鎖不開(kāi)的萬(wàn)能鑰匙。關(guān)于這一點(diǎn)，Lee在《大模型的安魂曲》里有句話發(fā)人深省， “做一個(gè)不是為解決問(wèn)題量身打造的模型，其有用性大概跟收集一堆不知道給誰(shuí)用的數(shù)據(jù)差不多。（注13）”
其次，出行模型既不是越真實(shí)越好，也不是越復(fù)雜越好。George Box 的名言雖是老生常談，但還是值得再重復(fù)一次：“世界上沒(méi)有‘正確的’模型，只有有用的模型（注14）”。在有用的前提下，模型應(yīng)該如愛(ài)因斯坦所說(shuō)， “簡(jiǎn)化到無(wú)法再簡(jiǎn)化為止（注15）”。30多年前， Mahmassani在評(píng)價(jià)當(dāng)時(shí)風(fēng)靡一時(shí)的活動(dòng)模型時(shí)曾寫(xiě)道 ，“ 在瀏覽（活動(dòng)模型）領(lǐng)域浩瀚的文獻(xiàn)時(shí)，你會(huì)感嘆研究者是否已經(jīng)迷失在對(duì)…… 種種復(fù)雜性的追尋之中，而對(duì)簡(jiǎn)單并可重復(fù)的規(guī)律視而不見(jiàn)”。其實(shí)很多時(shí)候，真正解決問(wèn)題的正是那些簡(jiǎn)單并可重復(fù)的規(guī)律（注16）。
最后，出行預(yù)測(cè)不全是科學(xué)問(wèn)題，也是個(gè)政治問(wèn)題。這話從一個(gè)熱愛(ài)數(shù)學(xué)模型、在大學(xué)里教工程的學(xué)者口中說(shuō)出來(lái)好像有點(diǎn)匪夷所思。但是，我確實(shí)認(rèn)為，出行預(yù)測(cè)模型既不應(yīng)該、也不可能成為公共政策制定的唯一考量。拔高它的科學(xué)性不是解決問(wèn)題的方案，而正是問(wèn)題所在。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)幾十年后的未來(lái)需求給出有用的預(yù)測(cè)可能壓根兒是不可能的。正如 van Vuren 所說(shuō)，“我們要丟掉模型可以解決問(wèn)題，給出正確答案這種不切實(shí)際的幻想。（注17）” 模型能做的，不過(guò)是提高決策過(guò)程的透明度和效率，分解問(wèn)題，對(duì)假設(shè)進(jìn)行測(cè)試，幫助決策者思考、辯論和取舍罷了。
作者簡(jiǎn)介
制版編輯 | 盧卡斯
