基于Agent的技术创新演化研究

王炜 罗守贵

摘要：文章采用Matlab仿真软件动态模拟生产者和消费者的行为，融入生态特征的变异率（Mutation Rate）和杂交率（Cross-over rate）来模拟生产者的自主创新和合作创新运行机理；并研究技术创新演化过程中的外部和内部动力机制，分为环境选择（ Environmental Selection ）和种内选择（Constructional Selection）；同时，运用生态演化效率指标来测度技术创新发展情况；文章提出技术创新相关生态策略，对持续性的技术创新具有重要的理论和现实意义。

关键词：技术创新；智能体建模；演化；变异；杂交；matlab

一、 技术创新演化与智能体的研究进展

1. 技术创新演化的研究。熊彼特20世纪30年代最早提出技术创新的演化概念，此演化与生态群落演化有相似性：（l）进化机制相似。达尔文（1859）提出，生物的进化依靠多样性、遗传性和自然选择三种核心机制来完成。“多样性”意味着物种至少有一个重要的可分辨的特征；“遗传性”确保物种特征能够稳定复制；“自然选择”意味着一些物种能更好地适应环境的压力，而且通过繁殖会增加总量。尽管企业与生物有很大的区别，但是这三种机制在企业技术创新演化中同样起着相似的作用。可以说，企业有不同技术创新能力等的不同，比如不同的专利和技术成果，表现出企业的“多样性”；而随着时间的推移可以传递核心竞争力，也表现出“遗传”特性；最后，市场竞争以及企业的成长与衰退，提供了与自然选择相类似的市场选择机制。（2）进化的方式相似。生物的变异主要有两种方式，一种是渐进的，一种是突变的。与此对应，企业的演化也具备这两种方式。企业渐进式技术创新演化过程是缓慢且连续的。对于初创时期的企业来说，本质上是一个初级的“学习型企业”，在所有的领域都要进行摸索。随后，每一次成功经历都将作为经验和知识被保留下来，并且将这种经验融入到日常的经营中去，逐渐形成企业稳定的、适应环境的DNA。

2. 智能体（Agent）模型仿真的研究。是由美国Minsky教授最早提出智能体（Agent）的概念，描述一个具有自适应、自治能力的硬件、软件或其他实体，其目标是认识与模拟人类智能行为。Delre（2007）将ABMS用于营销管理的促销活动选择上，对不同营销策略进行仿真，并将仿真的重点放在促销的目标与时机上；Hur（2010）的研究是致力于以技术不确定性和赢家通吃为特征的多等级竞争，他运用了ABMS来了解这种竞争的动力，尤其是当竞争者之间表现出异构行为的情况下；Oliva等（2010）建立了一个基于智能体的投入产出非工作性模型，他们将每一个基础设施分解成为相互关联的要素，通过考虑要素之间的资源交换来研究基础设施之间的相互依存关系。

与国外相比，余强毅（2014）使用matlab平台，开发Agent模型来研究农业土地系统复杂性与动态性，表达特定区域内的农作物空间格局及其动态变化过程，完成黑龙江省宾县的区域实证研究；金淳（2013）以移动商务环境下的餐饮推荐系统为例，分析了消费活动过程中顾客与服务的交互行为，以及情境因素对顾客消费的影响，构建了服务推荐及顾客行为规则，并在REPAST环境下实现了Agent仿真模型。陆云波（2013）对任务、流程、人员和组织进行Agent建模，模拟隐性工作的涌现，输出工期、成本、质量、隐性工作和工作积压等定量结果，评估项目组织与流程的匹配度，这一模型有助于促进项目组织和流程设计的定量化研究；杨敏（2013）比较了AB建模和基于方程（equation-based，EB）建模在建模过程上的区别，从结果验证、过程验证和模型对接研究三个方面回顾了AB模型验证的主要方法论问题和相关研究进展，指出建模工具标准化、一致性判断、灵敏度分析和参数空间压缩技术是未来AB模型验证的主要方向。

3. 小结。基于以上技术创新演化和智能体（Agent）模型仿真的国内外研究，目前技术创新演化还停留在定性或者理论模型阶段，尚未从时间角度来连续地观察技术演化过程中的驱动机制和演化程度的定量分析。本文全新演绎企业技术创新动态演化过程。因此，在matlab仿真平台上，采用智能体模拟生产者和消费者的行为，融入具有生态特征的变异率（Mutation Rate）和杂交率（Cross-over Rate）来形象地分别表示企业的自主创新和合作创新；并探讨技术创新演化过程中的“自然选择”机理：环境选择（Environmental Selection）和种内选择（Constructional Selection）；同时，运用演化效率指标来描述技术创新演化情况。

二、 agent建模与生态模拟算法

1. agent建模与算法。在本文仿真系统中，有两类agent，包括生产者agent和消费者agent，这里假设生产者同属于一个行业，例如生产电脑的电子品行业。

所有生产者的集合如下：

4. 演化算法模拟。

Step 1：初始化两个生产者1和生产者2（Producer1、Producer2），每个生产者有初始生命值来表示当前企业规模（生产者可以消耗生命值来生产产品，如果生命值为0，则生产者无法进行生产），各自随机生产一种产品。市场有三类消费者，分别有不同的效用权重评价函数，三类消费者占市场比重为（30%，30%，40%）。

依次执行Step2、Step3、Step4，重复循环100次：

Step2：每个生产者以合作创新概率？琢分别生产新产品（生物界称为杂交率？琢∈（0，1），Cross over rate）。两个生产者是这样交换技术的，从Producer1、Producer2已生产出来的产品中，分别随机取两个已有产品：G1={g1，…，gN}、G2={g′1，…，g′N}。随机产生一个整数n∈[1，N]，n分别将G1，G2分割成四个片段G11={g1，…，gN}、G21={gn+1，…，gN}、G12={g′1，…，g′N}、G22={g′n+1，…，g′N}。将G11与G22合成，G12与G21合成，即组成两个新产品分别是G′1={g1，…，gn，g′n+1，…，g′N}、G′2={g′1，…，g′n，gn+1，…，gN}。

Step3：每个生产者以自主创新概率（生物界称为变异率？茁∈（0，1），Mutation rate）。生产者通过生产一个新产品G={g1，…，gN}，随机数gi∈[1，10]。由此可生产出不同的产品个数10N。

Step4：比较所有产品的加权效用值E（环境选择Environmental selection），选出具有最大加权效用值E的产品id，即此产品受市场欢迎，下期增加此产品的产量6个，下期其他产品减少产量2个。并根据相应的产量来调整两个生产者的生命值，受市场欢迎的产品隶属生产者增加能量值Energy，同时，由自主创新所生产出的产品所获得的能量值大于生产者合作创新生产出此产品所获得的能量值。生产其他产品的其余生产者减少生命值。

Step5：这段技术演化过程中的，观察两个生产者生命值Energy、产量Output（每个生产者生产的所有产品产量）、演化效率值（AVF、AVE、maxFC）随时间的变化情况。其中，maxFC取所有产品平均效用FC中的最大值：MAX（FC1、FC2、FC3、…）。

三、 模拟仿真分析

根据技术创新演化过程中，我们设定，生产者1规模比较大，生产者2规模相对小；自主创新投入成本大于合作创新，且风险大，但一旦创新产品获得成功，自主创新所获得的利润反而大于合作创新。我们从时间维度观察两个生产者规模、产量、市场主导产品种类、生态效率的变化，演化过程中存在三种情况，也与现实相仿：（1）第一种情况：生产者2规模超过生产者1的规模，即“长江后浪推前浪”；（2）第二种情况：生产者1规模依旧大于生产者2规模，并且差距越来越大，即“强者更强，弱者更弱”；（3）第三种情况：生产者1规模与生产者2规模同比增大，即大小企业携手“各领风骚”

第一种情况中：起初，生产者1的产品占市场主导地位；在第10步时，生产者1基于大规模企业资源进行自主创新（mutation），同时，小企业的生产者2通过加大研发投入经费、高科技人力资源、或通过模仿基础上再创新占主导者生产者1的产品等方式来提升自主创新力度，如此迎头赶上；在第10步～30步之间，可以观察到生产者1和生产者2的产品通过环境选择（Environmental Selection）优胜劣汰，已分别占领市场，两者的市场地位旗鼓相当；在第30步时，生产者2依旧地“吃老本”，小企业生产者2具有“船小好调头”的活力，再次自主创新，他的产品恰好迎合了市场，由此完全占领了市场，并超越了生产者1，持续地增加占主导市场产量，从而规模日益壮大。从整个创新进程来看，生产者2的自主创新虽然在短期内可能耗费大量的人力、物力和各种资源等投入成本，但其在长期内对经济的贡献却完全弥补前期创新投入的大量成本，自主创新改变企业命运，呈现“长江后浪推前浪”局面。同时，在各企业自主创新阶段，规模和产量同方向变化，并且种内选择（Constructional Selection）为AVF的变化，环境选择（Environmental Selection）为AVE的变化，两者都有明显的波动，并且AVF>AVE，由此说明种内选择激烈程度大于环境选择。

第二种情况中：起初，生产者1的产品占市场主导地位；在第10步时，生产者2由于规模比较小，希望通过自主创新来占领市场，但此次自主创新的产品并没有通过市场的种内选择，自主创新所带来的大量成本投入反而没有给企业带来相应的利润回报，收入小于投入，面临亏损境遇。而生产者1凭借规模大的好口碑，产品一直占领市场，呈现越来越强的势头；在第25步时，生产者1规模大并没有“骄傲自满”，而是凭借强大的研发资源再自主创新来保持市场产品主导实力，持续地保持“霸主”地位；在第30步时，为了能“破釜沉舟”来扭转亏损，生产者2再次自主创新，不幸的是，此次的新产品仍旧没有受到市场的认可，使得企业每况愈下，而生产者1依旧牢牢占据市场，呈现“强者更强，弱者更弱”的局面。

第三种情况中：起初，生产者2的产品占市场主导地位；在第10步-30步之间，生产者2不断地进行自主创新，在激烈的市场环境中不断地锐意进取，创新产品一直占领市场，将产品所得利润不断反馈到自主研发投入，自主研发投入继而又创新出新产品，不断地实现正反馈；在第25步时，大型规模企业的生产者1意识到后起之秀小企业生产者2所带来的“危机感”，凭借其雄厚的经济技术实力基础进行企业改革技术创新，其所自主创新的产品赢得部分市场的认可，继而两个生产者的产品瓜分市场，不分伯仲；在第50步时，面临着市场多元化，生产者1和生产者2意识到单个企业已经无法满足当前技术创新对多学科，多领域知识融合的需要，同时，产品生命周期的缩短和竞争的加剧也导致企业独立自主创新的不确定性增加和成本加大，如果忽视合作创新，搞闭门造车式的自主创新，在时间和成本上都是不合算的，而双方有不同的技术优势。两者可以通过优势互补，共同研发、共担成本和风险，共享创新成果的一种创新模式。这期间，创新成本投入相对小，分享利润相对减少，来实现共赢，携手齐头共进，“各领风骚”局面。同时，无论是自主创新还是合作创新阶段，随着创新活动越多，种内选择AVF和环境选择AVE也越波动剧烈。

四、 结论与展望

通过本文模拟仿真发现，技术创新演化过程是一个比较慢长的动态的复杂过程，企业对创新方式的选择也是一个复杂的动态决策过程。不同规模企业在同一时期选择技术创新的方式是不同的，有的选择自主创新，有的选择合作创新，并不是所有的企业现阶段都能进行自主创新，也不是所有的企业都有进行合作创新的条件和基础，不同场合下两种创新方式会有不同的效果。自主创新是企业核心竞争力的源泉，尤其是中国互联网产业持续健康发展的关键；同时，合作创新是共赢发展之路。二者都是企业获得先进技术，参与市场竞争的手段，可以相互替代，也可以相互补充，不同场合下两种创新方式会有不同的效果，两种技术创新模式和经济增长率组成的系统在长期构成一个稳定的过程，在长期内产生积极的促进作用。未来，本文还需要从下面三个角度进行拓展：（1）把上游生产者作为第三类agent；（2）增加生产者个数，如此可以观察仿真系统内3个以上生产者如何进行合作创新，构建更为复杂的创新交互系统。

参考文献：

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[6] 肯·巴斯金.公司DNA——来自生物的启示[M].北京：中信出版社，2001.

基金项目：国家社科基金重大项目（项目号：12&ZD026）。

作者简介：罗守贵（1963-），男，汉族，河南省郑州市人，上海交通大学安泰经济与管理学院教授、博士生导师，研究方向为区域创新与产业发展；王炜（1984-），女，汉族，浙江省杭州市人，上海交通大学安泰经济与管理学院博士生，研究方向为产业经济发展与创新。

收稿日期：2015-06-27。