跨境物流企业采纳区块链技术的三群体演化博弈模型研究

刘坤阳，张 勇

（中国计量大学经济与管理学院，浙江 杭州 310018）

0 引 言

随着数字经济的高速发展，我国的跨境电商产业也进入了黄金发展阶段，跨境电商产业与跨境物流产业已经形成了紧密的耦合发展关系。然而，从实际情况来看，跨境物流产业发展已难以满足电商行业的发展需要，跨境物流产业存在诸多问题，如产品质量保障能力差、信息可靠性低、缺乏实时可追溯能力、多方协作困难、信息共享困难、运营成本过高等，许多学者已经进行了一定研究，如张夏恒等认为我国跨境物流反向制约着跨境电商的发展[1]。范静等认为当前跨境电商和跨境物流无法实现协同发展[2]。郭军峰认为我国跨境电商产业发展面临的三大问题是物流运输问题、支付问题及产品质量问题，都与跨境物流产业密切相关[3]。王兰敬认为当前跨境物流存在的问题包括跨境物流成本较高、物流基础设施较薄弱、协调机制不健全等[4]；吴闵真认为当前跨境物流与跨境电商之间存在不协调，跨境物流运行成本高、周期长以及信息全程追踪困难等问题[5]。曹倩认为我国跨境物流面临成本高、通关能力不强、丢包率高、配送时效性慢等问题[6]。

在这样的背景下，跨境物流行业亟待转变发展模式，提升行业发展质量，加快技术变革。对于跨境物流行业来说，区块链技术正是一种优良的解决方案。区块链是利用加密链式区块结构来验证和存储数据，利用分布式节点共识算法来生成和更新数据，利用智能合约来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构和分布式计算范式[7]，其具备信息不可篡改、去中心化信任、信息实时共享、低成本协作等特性，被认为是下一代价值互联网的基础载体。

目前已经有较多学者对区块链技术在物流领域的应用展开了研究，如李旭东等分析了区块链技术优势与跨境物流管理需求的耦合机理[8]。杨扬等基于区块链技术设计了运作新模型，提出“区块链+跨境甩挂运输”信息平台整体框架[9]。汪传雷等研究了区块链与供应链物流信息资源在主体、交易机制和智能合约等方面的耦合关系[10]。秦婧认为区块链技术凭借着非对称加密技术、点对点连接与智能合约等优势，为解决跨境电商物流痛点带来了可能[11]。张晓芹利用Hyperledger 平台搭建了劣后供应商平台架构，利用智能合约和PBFT 共识算法分别进行劣后供应商关系治理，解决了多状态信任根基不牢问题[12]。苏应生等提出了基于区块链技术的买方中介融资模式，可显著提高供应链的整体绩效[13]。Albert Wee Kwan Tan 等认为当前中国大多数港口的集装箱运输业务流程仍复杂且效率低下，通过区块链技术在参与者之间集成信息，将获得流程改进机会[14]。T Epps 等认为产业界越来越关注区块链通过应用于供应链来提高效率和降低脆弱性，改变国际贸易物流的潜力[15]。Zvonko Merkaš 等认为区块链技术有助于业务流程优化、供应链可追溯性、透明度提高以及显著的财务节约[16]。

基于现有研究可以发现，区块链技术在跨境物流领域的应用前景十分广泛，然而，目前鲜有研究聚焦跨境物流企业的区块链采纳行为，因此本文试图开展这方面的研究。企业的技术采纳行为是一个长期过程，政府对技术创新的支持是至关重要的，此外，消费者对新兴技术的选择偏好也会影响企业的技术采纳行为。因此，本文基于有限理性理论，建立跨境物流企业、地方政府、消费者之间的三方动态演化博弈模型，研究在三方博弈的情况下跨境物流企业的区块链采纳行为如何演进。

1 模型假定与参数设置

在三群体动态博弈的过程中，做如下假定：企业的策略空间为{采纳区块链技术，不采纳区块链技术}，地方政府的策略空间为{采取规制措施，不采取规制措施}，消费者的策略空间是{选择区块链型物流服务，选择传统物流服务}。企业选择采纳区块链技术的概率为x，选择不采纳区块链技术的概率为1-x，政府选择主动采取规制措施的概率为y，选择不采取规制措施的概率为1-y，消费者选择接受区块链技术支持的新型物流服务的概率为z，选择继续使用传统物流服务的概率为1-z，x,y,z均为时间t的函数，且有x,y,z∈[0,1]。为了模型计算与分析的需要，需要对相关参数进行界定，如表1所示。

表1 企业⁃政府⁃消费者三方博弈过程的参数设定与含义说明

根据上文设定的参数，可以得出8 种策略组合下的不同收益矩阵，如表2所示。

表2 跨境物流企业⁃地方政府⁃消费者不同策略组合下的收益矩阵

2 三方演化稳定策略分析

2.1 三群体收益函数求解

2.1.1 跨境物流企业的收益函数

当跨境物流企业选择采纳区块链技术时，其期望收益函数为：

当跨境物流企业选择不采纳区块链技术时，其期望收益函数为：

跨境物流企业的平均期望收益函数为：

故跨境物流企业的复制动态方程可表示为：

2.1.2 地方政府的收益函数

当政府选择采取规制措施时，其期望收益函数为：

当政府选择不采取规制措施时，其期望收益函数为：

政府的平均期望收益函数为：

故政府的复制动态方程可表示为：

2.1.3 跨境物流消费者的收益函数

当消费者选择接受区块链技术支持的新型服务时，其期望收益函数为：

当消费者选择继续接受传统技术下的物流服务时，其期望收益函数为：

消费者的平均期望收益函数为：

故消费者的复制动态方程可表示为：

2.2 三维博弈系统演化稳定策略分析

根据式（4）、式（8）和式（12），联立方程组并令其为0，可求得该系统的均衡解，即：

显然，该方程组求解的结果会得出8 个三群体纯策略均衡解组合，即A1(0,0,0)，A2(0,0,1)，A3(0,1,0)，A4(0,1,1)，A5(1,0,0)，A6(1,0,1)，A7(1,1,0)，A8(1,1,1)。若动力系统雅可比矩阵J的所有特征根均具有负实部，则该系统的平衡点是李氏渐近稳定的，基于该理论，由式（4）、式（8）和式（12）求出该系统的雅可比矩阵，即：

式中：

这8 个均衡点的特征根如表3所示。

表3 纯策略均衡点的特征根汇总表

进一步可得到8 个策略组合的渐近稳定条件，如表4所示。

表4 纯策略均衡点的渐近稳定性条件

对于消费者而言，考虑到实际情况，假定在传统技术条件下，尽管存在诸多问题，但其获得的效用仍为正值，即RM1-CM1-ϑL>0，此时，A2(0,0,1)与A4(0,1,1)将无法成为稳定解。此外，对于A7(1,1,0)，A8(1,1,1)而言，由表3可知，存在特征根为γSE+τCG1及SM+γSE+τCG1的情况，二者均恒为正值，无法满足稳定性条件，故这两点也无法成为稳定解。因此，可能成为演化稳定策略的4 个点分别是 ：A1(0,0,0)，A3(0,1,0)，A5(1,0,0),A6(1,0,1)，其中A6(1,0,1)是最为理想的均衡点。

3 参数灵敏度仿真分析

在前面的研究中发现，A6(1,0,1)是最理想的结果。为了进一步研究影响该策略组合实现的因素，需要对一些参数的灵敏度进行分析，考虑到还没有足够的实际数据，因此本文主要通过数值算例进行仿真。其中，初始参数赋值为：

CE1=3,ΔCE1=1,RE2=6,RE3=5,α=0.1,P=2,τ=0.1,

CG1=2,CG2=5,CG3=2,γ=0.1,SE=2,SM=0.5,RM1=2,

φ=0.1,RM2=4,RM3=3,CM1=0.2,ΔCM1=4,θ=0.2,L=1。

3.1 参数RE2 与RE3 对演化结果的影响

RE2表示当企业采纳区块链技术后，将其应用到各类生产经营活动中，创造的收益总和，在初始赋值的基础上取RE2=1,6和18,取x,y,z的初始值均为0.5。图1显示了系统的演化趋势，可以看出，当RE2=1 时，演化结果是()

图1 改变RE2 时的演化趋势

x,y,z=(0,0,0)，当增大RE2的数值时，演化结果由(0,0,0)转为(1,0,1)，这表明RE2的取值对演化结果影响较大，当该值过低时，演化稳定策略会发生根本性改变。当企业采纳区块链技术后，消费者也接受新型服务时，企业获得收益的总和用RE3表示，在初始赋值的基础上取RE3=1,5和20 进行仿真。图2显示了系统的演化结果，可以发现，随着RE3数值的增加，三方的演化结果没有发生根本性改变，最终都收敛于稳定状态（1，0，1），相比参数RE2而言，RE3对企业的影响稍次。

图2 改变RE3 时的演化趋势

3.2 参数CE1与ΔCE 对演化结果的影响

CE1表示当政府采取规制措施时，企业采纳区块链时需要付出的各类成本的总和，在初始赋值的基础上取CE1=1,4和8 进行仿真。图3显示了系统的演化趋势，可以看出，当CE1值维持在一定范围内，系统的演化稳定策略保持在理想的（1，0，1）不变，CE1值越低，企业趋向于采纳区块链技术的速度越快，而当CE1值过高时，均衡解直接转变为（0，0，0）。该结果表明企业的各类直接采纳成本CE1存在某一阈值，即使在满足点（1，0，1）渐近稳定的条件下，该参数达到某一临界值后，会改变系统的演化结果，因此各方应降低企业采纳区块链的直接成本，避免（0，0，0）结果的出现。ΔCE表示当地方政府不采取规制措施时，企业采纳区块链技术时需要额外付出的外部成本总和，取ΔCE=1,3和5（ΔCE用CE2表示）进行仿真。

图3 改变CE1 时的演化趋势

图4显示了系统的演化趋势，当ΔCE值维持在一定程度内，系统的均衡点保持（1，0，1）不变，CE1值越低，企业趋向于采纳区块链技术的速度越快，当CE1值过高时，演化状态突变为（0，0，0）。

图4 改变ΔCE 时的演化趋势

对比图3和图4，发现演化趋势是类似的，这表明外部环境成本相对于直接采纳成本而言，几乎同等重要。为了避免区块链技术创新的外部成本过高拖累企业，一方面各方应采取措施在源头降低各类外部环境成本，另一方面政府也应积极作为，帮助企业承担必要的环境成本。

4 结 语

本文为研究跨境物流企业采纳区块链技术的动态过程，建立了物流企业、地方政府、消费者之间的三方演化博弈模型，分析了系统的演化稳定策略，并对一些参数的灵敏度进行了数值仿真分析。研究发现，在不同的外部条件下，三方群体的演化稳定策略会发生明显变化，可能会出现4 种均衡解，其中，最理想的均衡点是（1，0，1）。要促成该结果的出现，首先需要保证企业采纳区块链技术后给自身带来的各类成本降低而创造的间接收益足够高。此外，当消费者积极接受区块链技术提供的高质量物流服务时，为企业带来的收益增加也能加快企业采纳行为的实现，但相对而言，该收益的灵敏度并没有企业自身降成本提效率带来的收益高。另一方面，企业采纳区块链技术的各类直接成本也会显著影响企业的采纳行为，当采纳成本超过一定阈值，企业的策略会发生突变，转向不采纳区块链技术。最后，由于政府规制的不到位，产生的技术采纳外部环境成本几乎与技术采纳的成本同等重要，政府应积极作为，降低企业外部环境成本，最大化激发市场主体活力，推动跨境物流企业的技术创新，提高产业发展质量，达成帕累托最优结果。