产业集群企业技术合作创新的随机演化博弈模型*

任大勇

(渭南师范学院　渭南　714099)



产业集群企业技术合作创新的随机演化博弈模型*

任大勇

(渭南师范学院渭南714099)

针对产业集群企业间存在的竞争合作关系现象,以集群企业联盟产业链横向结构上企业间技术合作创新问题为研究对象,在对问题变量和基本假设设定基础上,构建了基于随机博弈Petri网的集群企业技术合作创新的随机演化博弈模型,提出了相应的随机演化推理算法。通过算例对模型进行了验证,探讨了局中人不同初始合作策略选择概率对演化博弈均衡结果的影响,发现处于相对技术优势的高技术企业初始合作概率的选择,对系统最终演化博弈结果具有决定性作用。

产业集群; 技术合作创新; 随机Petri; 演化博弈

Class NumberF062.9

1　引言

产业集群是一种典型的经济活动空间现象,使企业和组织在特定区域内进行聚合,共处同一竞争环境之中,集群企业之间已经不再是简单的竞争关系,越来越多的资源要素在集群企业之间频繁的流动,出现了竞争基础上的技术、知识合作现象[1]。现代对产业集群的研究也逐渐从对运输成本、企业间的物质投入产出关系转向对经济活动所处的社会文化环境的关注,认为企业间的信任与合作、技术知识的共享与扩散是产业集群的重要成因,是企业保持持续创新的不懈动力[2]。

目前关于产业集群企业间竞争合作关系的研究中,众多学者从不同的角度使用多种方法对此开展了相关研究工作。文献[3]依据高技术企业产业集群发展的阶段性特征,对企业之间信息共享的模式及运行机理进行了动态博弈分析,提出了信息共享平台运行中信息的流动模式;文献[4]在有限理性条件下,运用进化博弈论的模仿者动态模型分析了企业合作竞争博弈的演化,讨论了对称和非对称的合作竞争博弈的进化均衡与稳定性;文献[5]通过构建演化博弈模型分析了集群企业技术创新模式选择的内在动态决策机理,并采用绍兴市五个全国百强产业集群的问卷数据进行了实证分析研究;文献[6]针对目前我国建筑工业化进程中,以企业联盟形式进行技术合作创新面临的管理复杂性问题,运用演化博弈理论研究有限理性住宅建筑企业间的技术合作创新机理,分析了演化路径、稳定均衡策略及其影响因素的作用机理。本文在对集群企业技术合作创新问题进行变量和假设描述基础上,借助随机博弈Petri网理论[7～9],构建集群企业联盟产业链横向结构上企业间技术合作创新的随机演化博弈模型,提出相应的随机演化推理算法,并通过模拟仿真对局中人初始合作策略选择概率对演化博弈均衡结果的影响进行算例分析,得出初始选择概率与演化博弈均衡结果的作用关系。

2　问题描述

2.1变量设定

产业集群是指在某一特定区域内相互联系、共处同一竞争环境中、在地理位置上相对集中的企业和组织的集合[10]。产业集群企业间各类资源要素在发生着频繁的流动,企业之间亦不是简单的竞争关系,还存在着竞争基础上的合作关系,影响企业间技术合作收益的要素包括了企业技术实力、专利许可、技术吸收能力和合作风险等多类要素。为了便于对产业集群企业技术合作创新问题开展相关研究,对影响企业间技术合作收益要素作如下设定。

π为集群企业不参与技术合作时的正常收益。集群企业凭借自身既有技术能力,通过产品革新、自主研发等手段,实现企业技术创新所获得的正常收益。

q为集群企业技术创新的技术储能。集群企业在其发展过程中,所积累起来的技术储量是存在差异的,这也构成了企业间企业合作的先决条件,集群企业技术创新储能的大小反映了技术合作中合作方技术水平的高低。

k为集群企业技术合作创新的合作系数。集群企业之间是一种既合作又竞争的关系,出于对企业核心技术、机密数据、知识产权等要素的保护,企业可用于进行技术合作共享的知识量是有限的,使用企业技术合作系数表示。企业技术合作系数越大,可用于与其他进行合作的知识量越大。

α为集群企业技术合作创新的吸收能力。集群企业间技术合作创新是建立对供给方知识技术吸收转化基础上的企业创新活动,最终技术创新收益不仅取决于供给方,同时更在于需求方的知识技术吸收转化能力。

β为集群企业技术合作的成本系数。由于企业间信息沟通、技术二次转化等活动的开展,造成集群企业在技术合作过程中,产生了一定的技术合作创新成本,使用技术合作成本系数表示集群企业技术合作创新过程中的成本要素。

γ为企业技术合作的风险系数。集群企业技术合作过程中,若一方采取合作行为,另一方采取不合作行为,则会给合作方带来合作风险,可使用风险系数表示当存在机会主义行为时,合作方所承受的风险情况。

δ为企业技术合作的惩罚系数。集群企业出于自身利益最大化的考虑采取机会主义行为,获得了技术合作溢出收益后,极易导致合作方终止合作合同对其之前的机会主义行为进行惩罚。当集群企业采取机会主义行为时,使用惩罚系数表示对其的惩罚情况。

2.2基本假设

产业集群内企业技术合作创新活动多发生在集群企业联盟产业链的横向结构上,同时相互之间存在着技术研发水平的势差。为便于对集群企业技术合作创新活动进行建模分析,本文做如下假设。

假设1:集群企业联盟产业链横向结构上存在两家企业具有进行技术合作研发创新的意愿,并且两家企业在技术研发水平存在差异,可设为高技术水平企业(G)和低技术水平企业(D)。

假设2:集群企业G、D是有限理性的,技术合作创新策略集为(合作,不合作)。“合作”策略下双方在集群内进行技术合作创新,获得技术合作创新收益;“不合作”策略下企业独立进行技术研发创新,获得技术创新的正常收益,又或存在机会主义现象,获得技术合作的溢出收益。

假设3:集群企业G、D基于对技术合作创新的成本与收益分析,决定在参与技术合作创新时的策略。在合作过程中由于信息沟通、技术保护等因素,双方总是以自身利益最大化为目标。

3　演化博弈模型

3.1模型的定义

基于以上对问题变量的设定和基本假设,借助随机博弈Petri网理论,构建集群企业联盟产业链横向结构上企业技术合作创新的随机演化博弈模型SGN。

SGN定义为6元组:

SGN=(K,P,T,F,Θ,W)

其中,K={G,D}表示集群企业技术合作创新演化博弈的局中人集合,根据假设1,G代表技术合作创新中技术水平相对较高的高技术企业,D代表技术合作创新中处于技术劣势的低技术企业;P={p1,p2,p3,…,pn}是库所的有限集合,表示集群企业技术合作创新演化博弈中局中人的状态集;T={t1,t2,t3,…,tm}是变迁的有限集合,表示集群企业技术合作创新演化博弈中局中人的行为集合;F∈I∪O为状态转移弧的有限集合,I:P→T为输入映射关系,反映了局中人对技术合作创新行为的选择,O:T→P为输出映射关系,说明了局中人行为对技术合作创新收益的影响,且P∩T=∅,P∪T≠∅;Θ=(θ1,θ2,…,θn)是局中人K在技术合作创新演化状态pi时的合作收益值,是局中人采取不同行为所带来的技术合作创新效用;W:P→T为n×m阶pi对tj的输入权值系数矩阵,反映了集群企业状态节点pi对技术合作行为tj的选择概率,W={wij},wij=[0,1],若wij=0,表示pi之间tj不存在映射关系;若wij=(0,1],表示pi是tj的输入,局中人以概率wij选择行为tj,且局中人在某一状态节点pk对后继变迁的选择概率满足∑wkj=1。

3.2模型的Petri网表示

图1　单次技术合作创新SGN模型图

3.3模型演化分析

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

由式(3)和式(4)可得,局中人选择“不合作”策略的期望收益:

(6)

则由式(5)、(6)可知,局中人G采取混合策略时期望收益:

(7)

(8)

4　随机演化推理算法

集群企业技术合作演化博弈局中人在单次博弈后会得到四种可能的结果,并将新得到的系统状态节点作为下次博弈的起始状态点,在下次技术合作博弈时,会根据上次技术合作的收益根据式(7)、(8)对各自的合作概率进行修正,最终经过多次的演化博弈后,双方趋于某一局部均衡点位置,系统达到演化稳定状态点。

依据以上分析可设计集群企业合作创新随机演化模型随机演化推理算法如下:

Step1:对集群企业正常收益π、技术储能q、合作系数k、技术吸收能力α、技术合作成本系数β、风险系数γ和惩罚系数δ赋初值。

Step5:若I>R算法结束,否则执行Step3。

5　算例分析

为进一步分析集群企业技术储能、合作意愿、企业技术吸收能力、技术合作成本与风险以及机会主义成本对集群企业技术合作创新演化路径的影响,本文运用Matlab对集群企业技术合作创新随机演化博弈模型SGN进行模拟仿真。依据问题基本假设和模型定义,设定局中人G、D相关参数如表1所示。

表1　集群企业技术合作创新参数初值表

图时局中人博弈结果图

由图2可以看出当局中人G、D以概率(0.3,0.9)选择合作策略时,在30步的随机演化博弈中,双方技术合作收益及技术储能持续走低,最终趋于(不合作,不合作)的状态点。

图时局中人博弈结果图

若高技术企业调整初始合作策略选择概率为0.6,经过100步的随机演化,结果如图3所示。前半段高技术企业更多的是技术输出,并未获得更多的合作收益,但低技术企业在此过程中得到了来自高技术企业的技术援助技术储能逐渐增长,演化博弈后半段双方获得了技术合作的溢出收益,技术储能出现了快速的增长。

图时局中人博弈结果图

6　结语

集群企业之间存在着既竞争又合作的关系,企业间的技术合作又受到双方初始合作意愿、技术吸收能力、合作成本、合作风险等因素的影响。本文在对问题相关变量设定和做出基本假设的基础上,借助随机博弈Petri网理论,构建了集群企业联盟产业链横向结构上企业间技术合作创新的随机演化博弈模型,对模型进行了随机演化博弈分析,提出了相应的随机演化推理算法,最后通过模拟仿真验证了局中人初始合作策略选择概率对系统演化博弈结果的影响,发现集群企业技术合作创新中,处于相对技术优势的高技术企业初始合作概率的选择,对系统最终演化博弈结果具有决定性作用。限于篇幅,未对集群企业技术储能、合作成本与风险等因素进行对比验证分析,可作为后续研究分析的内容,进一步探讨研究相关因素对集群企业技术合作的作用影响情况。

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Stochastic Evolutionary Game Model of Technological Innovation in Industrial Clusters

REN Dayong

(Weinan Normal University, Weinan714099)

Based on the phenomenon of the competition and cooperation among enterprises in industrial clusters, the innovation of enterprise technological cooperation is studied. Based on the analysis of the problem and the basic hypothesis, the stochastic evolutionary game model is constructed, and the corresponding stochastic evolutionary inference algorithm is proposed. Finally, the model is analyzed, and the influence of different initial cooperative strategy selection probability on the evolution game equilibrium is discussed. It is found that the initial cooperation probability of high tech enterprises in the relative technological advantage is the decisive role of the system.

industrial cluster, technological innovation, stochastic Petri, evolutionary game

2016年3月3日,

2016年4月11日

渭南师范学院特色学科建设项目(编号:14TSXK03);陕西省教育厅科学研究项目(编号:2013JK0115);渭南师范学院校级人文社科研究项目(编号:14SKYB10);陕西省军民融合产业发展研究项目(编号:15JMR03);渭南市2015年度基础研究计划项目(编号:2015JCYJ-11)资助。

任大勇,男,博士研究生,讲师,研究方向:知识管理与创新等。

F062.9DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.09.005