网络结构下生物技术知识的时空演变分析

韩志

【摘 要】生物技术产业展现了许多以科技为支撑的产业特征，同时又具有围绕知识源地区集聚的特点。本文通过网络结构下生物技术知识的时空演变和成长过程的分析研究，以复杂网络方法和GIS为研究手段，试图揭示我国城际生物技术知识网络结构的演变特征。

【关键词】生物技术；时空演变；创新网络

随着知识经济时代的到来，知识网络在知识交流、创新等方面的作用越来越受到西方国家政府和学术界的关注。复杂网络模型能较好地分析和模拟知识网络的发展演变，近年来，基于复杂网络方法对知识网络的研究已成为国际经济地理学、创新经济学关注的热点。目前，使用复杂网络方法分析我国知识网络的研究还较少。由于语言文化上的障碍，国外学者对我国知识网络的研究通常重视国际上的合作，鲜有涉及到国内层面的合作。尽管国内也有学者尝试从社会网络分析的角度进行研究，但缺乏基于长时间序列数据对我国知识网络结构演变规律的系统分析。生物技术的发展对大型仪器设备、高端实验室、高级科研人员等的需求较高，较多的成果需要两个以上单位协作完成，因此科研合作程度高。

1生物技术创新特点分析

在知识经济时代，技术创新呈现出投入高、知识交叉性强、知识结构复杂、市场要求反应速度快等特点，这些特征在生物这一类和科学联系紧密的产业表现尤为明显。生物技术产业高度依赖于高校的科学知识、市场上的风险投资、国际医药企业的生产能力和大量小而灵活的初创企业，网络对其至关重要。生物行业具有较强的双重市场结构，即该领域由少数非常大的医药企业和数量庞大的规模小、专业化的小生物企业构成。这些生物企业处于基础科学到商业运用这一产业链的中间位置，在上游与高校合作获取生物产品研发所需的科学知识，在下游与制造企业合作，获取产品商业化所需的资金、生产能力和市场资源，在中游则与其他生物企业合作，共享技术，并分担风险。生物技术的知识溢出受距离的影响，但随着时间的推移，距离对溢出的影响在逐渐减弱，因为大部分生物技术知识为非默会知识，溢出受距离影响较弱，且生物技术大部分产生于通信发达时期，远距离交流方便、成本低。

2生物技术知识网络整体结构

生物技术知识网络具备了小世界网络的两个基本特征：较小的平均路径和较大的集聚系数，因而呈现出小世界性。网络的度分布满足幂律分布，表现出一定的“无标度”性，大多数城市的度数很小，少数城市具有高连接度，处于网络的中心地位，这部分城市对于网络的形成发展起到重要作用。通过对网络度度相关性、集聚系数一度相关性以及网络空间结构的分析可知，知识网络的顶层结构已经形成，虽然也形成了一定的区域次级中心，但新形成的节点都倾向于同最高级节点联系，忽略了区域枢纽节点，致使网络的次级层次结构得不到很好的发展。构建层次分明的网络结构，促进知识在全国知识网络中的快速流通，充分发挥区域次级中心的作用是关键。优先连接机制无疑是知识网络演化的驱动力之一，节点倾向于同网络中高连接度的节点进行合作，该机制可解释幂律分布、度度相关性等。对集聚系数一度相关性的动态分析和特质性城市的分析则发现：促使节点之间联系的因素呈现多元化，地理、社会、组织上的邻近以及政府政策都是促使节点联系进而驱动网络演化的动力。

3生物技术知识网络演进分析

自2000年以来，参与生物技术知识合作的城市越来越多，网络变得稠密化，生物技术知识网络演进呈现出4个显著特征。相比于其规模，网络平均路径较小，平均两个城市联系仅需2.2～2.6个路径长度；另一方面，网络的集聚系数明显大于随机网络。知识网络具备了小世界网络的两个基本特征，即较小的平均路径和较大的集聚系数。数据显示，2014年网络的线数比2005年增加了将近32倍，平均度数是2005年的9.5倍多，反映出城市间的合作次数在不断增多。2014年网络的平均路径比2005年缩短了5.79%，集聚系数增加了6.66%，不仅反映了各城市可以用较短距离联系那些曾经遥远的城市，知识联系得到加强，而且揭示出知识网络呈稠密化趋势。由于2014年以前网络规模较小，为了保证良好的拟合度，仅对2010—2014年网络的度分布进行幂律拟合。说明知识网络中大多数城市的度数很小，处于网络的边缘地位，少数城市的度数很大，处于网络的中心地位，该现象可用优先连接机制解释，节点在选择合作对象时，优先选择高连接度的节点，从而导致此类节点的度越来越高，形成幂律分布。动态来看，幂指数呈下降的趋势，即度数k每变化一个单位，对P（k）值所引起的变化越来越小，说明虽然度数依然集中于少数节点中，但这种不均匀性在减弱。如果以节点度数为横坐标，邻节点的平均度数为纵坐标，同样只做出2006～2014年的度度相关性图。可知网络的度度相关性为负，即各节点的度与其邻节点的平均度之间负相关，对生命科学产业的研究也发现了同样的现象，度值越高的节点，其邻节点的平均度越低。在优先连接作用下，这些节点倾向于连接核心节点，故其邻节点的平均度高。因此，核心城市的形成，不仅因其度值较大，更因它们高等级的城市功能具有很强的吸引力。可知度数和集聚系数之间负相关，即低度节点比高度节点更容易集聚成团。例如，在2014年集聚系数为l的节点共有32个，占总数的22%，而这些节点的度在2—6之间，均为低度节点。这些城市的度数较小，其邻节点连接成网更容易；这些节点基本上都直接与知识网络中的枢纽节点连接，其中有34%连接了北京，25%连接了上海，25%连接了广州，而这些枢纽之间是相互连接的。高度节点均具有较小的集聚系数，这源于它们所连接的城市中相当一部分为低度节点，而这些节点之间相互关联较少。由此分析可知集聚系数较大的节点，度数普遍偏低，且均具有与顶层节点直接联系的特点，这在一定程度上导致了知识网络除顶层结构外的其他层级结构不明显。

4结束语

研究结果发现我国生物技术知识网络具有较小的平均路径和较大的集聚系数，度分布满足幂律分布，呈现小世界性和无标度性；除顶层以外的其他层次结构不明显；优先连接、组织邻近、地理邻近、社会邻近等共同促进知识网络结构演化，演化动力多元化。

参考文献：

[1]葛传斌.英国生物技术企业集群发展支撑体系及影响因素分析[J].科学技术管理，2014

[2]吴楠.生物产业集群及其竞争力评价模型研究[J].湖北工业大学学报，2014