区块链视角下农业产业链融资三方策略选择的演化博弈及仿真

王秀萍 徐乙 余倩文

摘   要：区块链的应用已成为农业产业链融资的新焦点。基于区块链视角，引入区块链应用带来的信用收益和附加违约成本，构建农业企业、金融机构、农业生产合作社三方演化博弈模型，分析三方策略选择的演化稳定性，再利用Matlab软件进行数值仿真，为农业产业链融资三方应用区块链进行策略选择提供了理论依据。研究结果表明，农业企业、金融机构、农业生产合作社参与区块链农业产业链融资行为博弈存在演化稳定均衡；区块链的信用收益和附加违约成本可以促进农业企业积极承担保证责任、金融机构愿意发放贷款、农业生产合作社积极履行还款义务。研究结论有助于消除区块链应用于农业产业链融资时三方的信息不对称，也有助于建立和谐良好的农业产业链融资生态环境。

关键词：区块链；农业产业链融资；三方演化博弈；仿真分析

中图分类号：F29       文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2023）12-0075-08

引言

党的十九大报告指出，“三农”问题是关系国计民生的根本性问题，而构筑和发展农业产业链是解决“三农”问题的必然选择[1]。但是，农业产业链在促进农业产业化发展和农民切实增收[2]时，暴露出资金缺口大、创新不足以及缺乏担保等问题。针对这些存在的问题，2020年中央一号文件明确指出，要依托现有资源建设农业农村大数据中心，加快区块链等现代信息技术在农业领域的应用。

近几年来，随着区块链在农业产业链融资的应用和不断发展，“农业企业+金融机构+农业生产合作社”[3]这一典型模式在给农业企业、金融机构、农业生产合作社三方带来了极大便利的同时，还存在主体之间信息不对称的现象，从而导致农业企业不敢对农业生产合作社与金融机构之间的贷款进行保证、金融机构不愿意发放贷款、农业生产合作社不及时履行还款义务。而运用区块链的数据不可篡改性、数据透明性[4]以及打通产业链上下游[5]的特性，使风险信息三方共享，从而形成良好的农业产业链融资生态，促成三方的良性合作。因此，从区块链视角探究农业产业链融资三方的策略选择的博弈，对改善农业产业链融资难的困境有一定的指导作用。

目前，国内外学者围绕农业产业链融资问题和区块链应用于农业产业链融资进行了广泛研究。郭玉洁指出，农业产业链融资创新不足，主要是凭借农业企业的信用背书与担保从金融机构获得贷款[6]。郑晓云指出，即便规模再大的农业生产合作社，也不能保证得到政府的背书，这就导致金融机构必然会承受更高程度的风险[7]。唱晓阳指出，缺乏农业企业的担保是导致融资难的原因[8]。不难发现，无论是缺乏机构背书还是担保，其实质都是因为农业产业链融资中缺乏守信、激励、约束机制，导致金融机构不愿意为农业产业链主体提供贷款。区块链可以赋能农业产业链融资，能够使农业企业信用传导到农业产业链末端的农业生产合作社，有利于建立契合农业产业链场景的守信激励约束机制，解决农业产业链融资的征信与风险控制难题，并通过智能合约实现“降本增效”[9]，满足农业生产合作社的融资需求。但是，目前围绕区块链应用于产业链融资并进行博弈分析的研究较多，主要有卢千文[10]、付豪[11]、李涛[12]、尚杰[13]等对区块链在农业产业链融资中应用的理论前景、现实挑战、推进策略与经济效益等方面做了系统的阐述，张路[14]、黄海涛[15]、周雷[9]、黄晓光[16]、梁洪[17]等均采用博弈论的方法研究了区块链在产业链融资的应用。从文献可以发现，学者们基于区块链视角对产业链融资进行了博弈分析，而却未对农业产业链融资的策略选择进行博弈分析，三方博弈分析也存在空白。鉴于此，有必要建立区块链视角下农业产业链融资三方策略选择博弈模型，以分析三方策略选择的演化稳定均衡，运用Matlab软件进行数值模拟仿真以讨论关键参数变化对于三方策略选择的影响，以期为农业产业链融资三方应用区块链进行策略选择提供理论依据。

一、演化博弈分析

（一）演化博弈的适用性

区块链视角下农业产业链融资中，农业企业是农业生产合作社与金融机构之间贷款的保证者，金融机构是贷款的发放者，农业生产合作社是贷款的需求者。农业企业主要考虑保证收到的保证费用以及履行保证义务时付出的成本，金融机构关注发放的贷款是否能够收回，农业生产合作社则考虑还款带来的信用收益和不还款带来的违约成本。同时，三方也会关注区块链应用带来的信用收益与附加违约成本。三方在策略选择过程中会根据对方选择的策略来不断调整自己的策略，最终演化为稳定策略，符合演化博弈的特征[18]。

演化博弈论是进化生态学和博弈论的结合，认为博弈主体是有限理性的，会根据情况变化通过试错的方法不断调整自己的策略以寻求最优，最终达到动态均衡的状态[19]。这一方法摒弃了完全理性的假设，注重分析动态的调整过程，弥补了理性和静态视角的不足，能够更好地處理某些管理学问题，因而适用于研究群体在动态过程中反复博弈的过程[20]。所以，采用演化博弈论，从区块链视角研究农业产业链融资中农业企业、金融机构、农业生产合作社策略选择的演化博弈是合理可行的。

（二）研究假设

假设1：农业产业链融资中存在农业企业、金融机构、农业生产合作社三方利益主体。其中，农业企业是农业生产合作社与金融机构之间贷款进行保证的保证方，金融机构是贷款发放方，农业生产合作社是贷款需求方。

假设2：三方利益主体均有两种策略选择。农业企业可以选择保证，也可以选择不保证；金融机构可以选择贷款，也可以选择不贷款，农业生产合作社可以选择还款，也可以选择不还款。

假设3：博弈三方由于信息不对称，很难确定自己的策略选择是否能取得最大收益，三方的决策互相影响，并且均采取有限理性行为。

假设4：区块链的应用能够赋能农业产业链融资，具体表现为区块链应用于农业产业链融资给三方带来的信用收益和附加违约成本[21]。

（三）演化博弈模型建立

演化博弈分析农业产业链融资三方策略选择，需要建立农业企业、金融机构、农业生产合作社的收益支付矩阵，如表1所示。

表1中，x、y、z分别表示农业企业选择保证、金融机构选择贷款、农业生产合作社选择还款的概率，F表示农业企业选择保证时，农业企业从农业生产合作社获得的基本收益，α表示区块链应用后违约方的附加违约成本，E表示区块链应用后守信方的信用收益，D表示金融机构对于农业企业的贷款金额，r表示金融机构的贷款利率（r≥0），P表示农业生产合作社的农产品的收益，m表示农业生产合作社获得贷款后，因资金流入后预期增益，β表示农业生产合作社因违约产生的违约风险（0≤β≤1），当农业生产合作社违约时，其收益为（1-β）（P+m）。

根据收益的支付矩阵，分别计算农业产业链融资三方的复制动态方程。

1.农业企业的复制动态方程

农业企业选择保证的期望收益：

UA1=yz（F+E）+y（1-z）[F+E-D（1+r）]+（1-y）z*0+（1-y）（1-z）*0

农业企业选择不保证的期望收益：

UA2=yz*0+y（1-z）*0+（1-y）z*0+（1-y）（1-z）*0

农业企业的平均期望收益：

UA=xUA1+（1-x）UA2

农业企业选择保证的复制动态方程：

F（x）=■=x（UA1-UA）=x（1-x）（UA1-UA2）=x（1-x）{zyD（1+r）+y[（F+E）-D（1+r）]}

2.金融机构的复制动态方程

金融机构选择贷款的期望收益：

UB1=zx（Dr+E）+z（1-x）（Dr+E）+（1-z）x（Dr+α）+（1-z）（1-x）（α-D）

金融机构选择不贷款的期望收益：

UB2=zx*0+z（1-x）*0+（1-z）x*0+（1-z）（1-x）*0

金融机构的平均期望收益：

UB=yUB1+（1-y）UB2

金融机构选择贷款的复制动态方程：

F（y）=■=y（UB1-UB）=y（1-y）（UB1-UB2）=y（1-y）{x[（1-z）D（1+r）]+z[D（1+r）+E-α]+（α-D）}

3.农业生产合作社的复制动态方程

农业生产合作社还款的期望收益：

UC1=xy[P+m+E-D（1+r）-F]+（1-x）y[P+m+E-D（1+r）]+x（1-y）P+（1-x）（1-y）P

農业生产合作社选择不还款的期望收益：

UC2=xy[（1-β）（P+m）+D-F-α]+（1-x）y[（1-β）（P+m）+D-α]+x（1-y）P+（1-x）（1-y）P

农业生产合作社的平均期望收益：

UC=zUC1+（1-z）UC2

农业生产合作社选择还款的复制动态方程：

F（z）=■=z（UC1-UC）=z（1-z）（UC1-UC2）=z（1-z）{y[β（P+m）+E+α-D（2+r）}

（四）演化博弈模型的均衡分析

根据农业产业链融资三方的复制动态方程，可以求得8个均衡点，分别为（0，0，0）、（0，0，1）、（0，1，0）、（0，1，1）、（1，0，0）、（1，0，1）、（1，1，0）、（1，1，1）。依据李雅普诺夫第一法，若雅克比矩阵的所有特征值均小于0时，则对应均衡点为渐进稳定点（ESS）；若特征值至少有一个大于0，则对应均衡点为不稳定点；若某些特征值为0，且其余特征值为负，则对应均衡点处于临界状态，此时稳定性不由符号决定。该三方博弈的雅各比矩阵如下：

J=■  ■   ■■  ■   ■■  ■   ■

将8个均衡点分别代入雅克比矩阵，求得特征值，以此分析点的稳定性，具体见表2。

根据表2，当各个参数满足分别条件①、②、③时，三方博弈的演化稳定策略均会产生相应的变化，具体如下：

当满足条件①F+E

当满足条件②F+E>D（1+r），β（P+m）+E+α

当满足条件③β（P+m）+E+α>D（2+r）时，（1，1，1）为渐进稳定点，此时博弈的演化稳定策略是农业企业选择保证，金融机构选择贷款，农业生产合作社选择还款。

对比三个条件可以发现，对于农业企业而言，若区块链带来的信用收益和其保证费用之和高于贷款本息和，会选择保证；对于金融机构而言，只要贷款的金额低于农业生产合作社不还款所付出的附加违约成本，就会选择贷款；对于农业生产合作社而言，若其选择不还款付出的总成本低于D（2+r），则会选择不还款。并且可以发现，农业生产合作社的策略选择受多个参数影响，当其余参数的值不变时，随着附加违约成本α的增大，最终将满足条件③β（P+m）+E+α>D（2+r），即选择还款。同理，对于信用收益也有相同的结论。

根据均衡点稳定性分析，可以得出以下推论：

推论1：区块链视角下，若要农业企业积极承担保证责任，就需要区块链的信用收益及其保证费用之和高于贷款本息和。

推论2：区块链视角下，若要金融机构能够选择发放贷款，就需要大力发展区块链技术以提高附加违约成本。

推论3：区块链的应用可以促进农业生产合作社积极履行还款义务，即信用收益和附加违约成本对农业生产合作社的决策都有重要的影响。

二、数值仿真

为验证演化均衡分析的有效性，根据演化稳定策略的约束条件以及结合现实基础对模型中的参数赋以数值，利用Matlab2021a软件进行数值仿真，验证上述推论。设置的参数初始值如下：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=6。

首先，分别固定（y，z）、（x，z）、（x，y）的值为（0.5，0.5），然后改变x、y、z的值来观察博弈三方的演化情况，如图1、图2和图3所示。

通过分析图1可知，农业企业的策略选择受初始值影响，初始值越高其趋向于保证的速度越快。因此，若要引导农业企业参与应用区块链进行农业产业链融资，就要在初始时，吸引农业企业积极加入。所以，需要进一步分析各参数对于农业企业的影响。

通过分析图2可知，金融机构的策略选择不受初始值影响，其是否选择发放贷款取决于各个参数之间的关系。

通过分析图3可知，由于参数初始值的设置满足β（P+m）+E+α=D（2+r），故农业生产合作社将保持不变的概率选择还款。通过调整β（P+m）+E+α与D（2+r）大小，在图3中可以看出，农业生产合作社的选择不受初始值影响，而是由各参数之间的大小决定。因此，需要探究各参数对于三方博弈的影响。

（一）农业企业策略选择的影响因素分析

通过分析条件①可以发现，农业企业参与区块链应用于农业产业链融资的主要约束为区块链带来的信用收益和其保证费用是否能够超过贷款本息和。为了直观显示这一约束的影响，又由于F的大小在现实中和D、r成固定比例关系，而本模型中D、r为固定值，因此，在初始数值的基础上调整参数E的大小，分别得到数组①：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=15；数组②：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=20；数组③：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=25。结合初始数组，进行仿真模拟，见图4。

通过分析图4可知，无论x处于小概率0.1，还是大概率0.5，农业企业选择保证的概率都会随着E的增大而增大，所以区块链的引入可以使农业企业愿意保证。并且通过图4（a）可知，当信用收益和其保证费用低于贷款本息和时，农业企业会选择不保证，而当信用收益和其保证费用高于贷款本息时，则会选择保证，因此，推论1得證。这证明农业产业链融资中需要引入区块链，让区块链带来更多的信用收益，以此来促进农业企业愿意为农业生产合作社进行保证。

（二）金融机构策略选择的影响因素分析

通过分析条件②可以发现，影响金融机构参与区块链应用于农业产业链融资的主要约束为区块链带来的附加违约成本是否能够超过贷款金额。为了直观地显示这一约束的影响，以y=0.3开始仿真，在初始数值的基础上调整参数E的大小，分别得到数组④：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=5，β=0.08，E=6；数组⑤：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=20，β=0.08，E=6；数组⑥：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=30，β=0.08，E=6。

结合初始数组，进行仿真模拟，如图5。

通过分析图5可知，当区块链带来的附加违约成本越不足以覆盖金融机构贷款金额时，覆盖的程度越小，金融机构趋向于不发放贷款的速度越快；反之，当区块链带来的附加违约成本越超过金融机构贷款金额时，附加违约成本越高，金融机构趋向于发放贷款的速度越快，推论2得证。

（三）农业生产合作社策略选择的影响因素分析

通过分析条件③可以发现，影响农业生产合作社参与区块链应用于农业产业链融资的主要参数为信用收益E与附加违约成本α，并且约束条件涉及参数复杂，故将通过分别探究E、α对于其演化的影响，进而验证推论3。

1.信用收益E对于农业生产合作社演化的影响

为了直观的显示这一约束的影响，以z=0.3开始仿真，在初始数值的基础上，调整参数E的大小，分别得到数组⑦：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=0；数组⑧：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=3；数组⑨：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=9；数组⑩：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=25，β=0.08，E=12。结合初始数组，进行仿真模拟，见图6。

通过分析图6可知，在保证其余参数不变的情况下，随着信用收益E的提高，当信用收益E达到某一水平时，农业生产合作社将由不还款向还款转变，并且信用收益E越大，其趋近的速度越快。也就是说，信用收益越高，农业产业合作社越会积极履行还款义务。

2.附加违约成本α对于农业生产合作社演化的影响

为了直观地显示这一约束的影响，以z=0.3开始仿真，在初始数值的基础上，调整参数α的大小，分别得到数组（1）：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=15，β=0.08，E=6；数组（2）：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=20，β=0.08，E=6；数组（3）：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=30，β=0.08，E=6；数组（4）：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=35，β=0.08，E=6。结合初始数组，进行仿真模拟，见图7。

通过分析图7可知，在保证其余参数不变的情况下，随着附加违约成本α的提高，当附加违约成本α达到某一水平时，农业生产合作社将由不还款向还款转变，并且附加违约成本α越大，其趋近的速度越快。也就是说，附加违约成本越大，农业产业合作社越会积极履行还款义务，推论3得证。可见，农业产业链融资需要完善区块链的建设，进一步提高其透明度，发挥其信息共享的作用，更好地产生信用收益、提高违约成本，使农业生产合作社积极履行还款义务，让金融机构敢于贷款、农业企业敢于保证，从而促成农业产业链融资三方的良好合作模式，推动农业经济的发展。

数组⑨满足条件③，数组⑧满足条件①，赋以数组（5）：F=6，D=20，r=0.05，P=100，m=25，α=10，β=0.08，E=18，满足条件②。将三组数值分别从不同的策略组合出发随时间演化50次，结果如图8—图10所示。

由图8—图10可知，当数值满足对应条件时，系统便会存在演化稳定策略。具体而言，当满足条件③时，（1，1，1）为演化稳定点，系统此时的选择为（保证，贷款，还款）；当满足条件①时，（0，1，0）为演化稳定点，系统此时的选择为（不保证，贷款，不还款）；当满足条件②时，（1，1，0）为演化稳定点，系统此时的选择为（保证，贷款，不还款）。所以，为了解决农业产业链融资难的问题，应当大力推进区块链的应用，充分发挥区块链的作用，通过区块链带来的信用收益和附加违约成本的均衡，使农业企业愿意保证、银行愿意贷款、农业生产合作社愿意还款，形成农业产业链融资的良性循环。可见，仿真结果与依据条件①、②、③展开的三方博弈的演化稳定策略分析结论一致。

三、结论与对策建议

本文在有限理性的假设下，通过建立区块链视角下农业产业链融资三方策略选择的演化博弈模型，并通过Matlab的数值仿真，形象地描述了各个参数对于三方策略选择的影响，为区块链应用于农业产业链融资的演化博弈分析填补了空白，为农业企业、金融机构、农业生产合作社应用区块链技术进行正确策略选择提供了理论依据。主要研究结论如下：

第一，在区块链应用于农业产业链融资的系统中，区块链能够赋能农业产业链融资，具体表现为信用收益和附加违约成本不同程度上促进了农业企业、金融机构、农业生产合作社的良性合作。

第二，对于农业企业，区块链带来的信用收益成为农业企业选择保证的主要依据，只要信用收益足够高，农业企业便会愿意为农业产业链融资中的贷款进行保证。

第三，对于金融机构，区块链带来的违约主体的附加违约成本成为金融机构选择贷款的主要依据，随着附加违约成本的提高，金融机构就越发倾向于发放贷款。

第四，对于农业生产合作社，一方面，区块链带来的附加违约成本对农业生产合作社具有震慑作用，促成了农业生产合作社能够积极履行还款义务；另一方面，在区块链农业产业链融资中，守信的农业生产合作社更容易获得贷款，相应的信用收益也促使农业生产合作社积极履行还款义务。

因此，需要完善区块链的建设，让更多农业产业链主体能够加入区块链。区块链以其独有的数据不可篡改性和数据透明性，消除了农业产业链融资三方的信息不对称，为农业产业链融资保驾护航，有助于建立和谐良好的农业产业链融资生态环境。

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Evolutionary Game and Simulation of Tripartite Strategy Selection for Agricultural Industry Chain Financing from the Perspective of Blockchain

Wang Xiuping， Xu Yi， Yu Qianwen

（Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang 212000， China）

Abstract： The application of blockchain has become a new focus of agricultural industry chain financing. Based on the blockchain perspective， the credit benefits and additional default costs brought by blockchain applications are introduced to build a tripartite evolutionary game model for agricultural enterprises， financial institutions and agricultural producers co-operatives， analyze the evolutionary stability of the tripartite strategy selection， and then use Matlab software for numerical simulation， which provides a theoretical basis for the tripartite application of blockchain in agricultural industry chain financing strategy selection. The research results show that there is an evolutionary stable equilibrium in the game of agricultural enterprises， financial institutions and agricultural producers co-operatives participating in the financing behavior of blockchain agricultural industry chain; The credit income and additional default costs of the blockchain can promote agricultural enterprises to actively assume the guarantee responsibility， financial institutions to be willing to issue loans， and agricultural producers co-operatives to actively fulfill their repayment obligations. The research conclusion helps to eliminate the information asymmetry among the three parties when applying blockchain to agricultural industry chain financing， and also helps to establish a harmonious and good ecological environment for agricultural industry chain financing.

Key words： blockchain; agricultural industry chain financing; tripartite evolutionary game; simulation analysis

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