區域創新網絡演化趨勢仿真預測

王立巖

（天津社會科學院，天津 300191）

區域創新網絡的形成是一個逐漸演進的過程，網絡內主體通過不斷合作吸引若干主體進入網絡，最終形成一個動態的開放系統，創新網絡形成及演化趨勢預測的研究正在逐漸受到重視。

一、文獻回顧

國外對于創新網絡演化仿真的研究比較具有代表性的是Cowan（2007）[1]構建的創新網絡嵌入對創新網絡結構的影響模型，并進行了仿真。我國學者對創新網絡演化的研究已經取得一系列成果，網絡嵌入關系角度，如王會龍（2012）[2]；網絡主體特征角度，如王飛（2012）[3]；網絡結構角度，如于明潔（2013）[4]。

區域創新網絡演化是一個復雜的過程，為了使研究過程更加明晰，本文采用Giant component模型，利用NetLogo軟件對區域創新網絡演化過程進行模擬仿真，借助創新網絡演化模擬結果詳細闡述區域創新網絡的演化趨勢。

二、創新網絡演變仿真模型構建

（一）模型構建

創新網絡演變Giant component模型的基本假定如下：創新主體以節點形式一個接一個地加入創新網絡，每加入一個創新主體，創新網絡中就會增加m條無向邊；新增加的邊以新節點為一個端點，從網絡中隨機選取一個節點作為另外一個端點。本文所研究的創新網絡可以看成是一個由n個節點的有向圖所表示的網絡，網絡主體作為新節點不斷加入網絡，每個主體加入后立即形成m條指向已有節點的邊，代表新加入主體具有m種與其他主體取得合作的選擇。基于Giant Component模型的研究假設和條件設置，該模型更加適用于復雜網絡中具有類似特征的若干子網絡的研究，網絡中的主體在時間和空間上隨機分布，但各主體加入網絡、演化發展的過程存在一定規律。因此，選擇Giant Component模型對創新網絡演化趨勢仿真預測是可行的。

基于上述原則構建創新網絡演變仿真預測模型，新節點的度為0，當m達到某個有限值時，網絡將出現狀態轉移，產生一個“巨大成分”（Giant component）。用ps表示一個隨機選取的節點屬于某個擁有s個節點的成分的概率，并假定ps與n無關，則可以得到如下差分方程：

定義生成函數 H（x）=∑psxs，s=0，1，…。從（1）（2）兩式可得：

如果沒有巨大成分（Giant component），則 H（1）=1，且網絡中所有成分的平均大小 ＜s＞=H（1）。＜s＞是方程 2m＜s＞2-＜s＞+1=0 的較小根，即：

由（4）式得，當 m＞1/8時，＜s＞ 無解，此時網絡中必存在巨大成分，該巨大成分即為本文所研究的創新網絡。

（二）參數設置

為了使仿真結果更加接近實際演化過程，本文將企業生命周期理論引入仿真過程，結合已有文獻對仿真模型進行參數設置。在模型中對網絡演化的時點j的設置選取5個時點，包含四個階段。由于本研究并未涉及到企業衰退階段，故設置這四個階段是創新伙伴選擇、創新網絡發展、創新伙伴整合和創新網絡成熟，分別對應企業生命周期的初創期、成長期、調整期和穩定期。假設最終加入區域創新網絡的企業、科研機構、政府、中介機構等網絡主體共計100個，初始狀態中首先將核心企業置于區域內。在這一狀態，核心企業與其他網絡主體并沒有產生任何合作關系，各個類別的主體個數不確定，運用Giant Component模型進行仿真。模型參數設定以及設置見表1。

表1 模型參數表

三、區域創新網絡演化過程分析

本文采用NetLogo軟件平臺，運用Giant Component模型實施模擬仿真預測。

（一）仿真結果

選擇節點1到節點5創新網絡狀態仿真圖形和已加入創新網絡的網絡主體占總體比例圖，狀態仿真圖展示了創新網絡從最初的互不相關主體通過隨機連接，最后結成一個“巨大成分”的過程，很好的描述了創新網絡的演變過程；比例圖中y軸代表的是包括在“巨大成分”中的主體占總體的比例，x軸代表的是每個主體與其他主體的平均連接個數。隨著時間的增長，包括在“巨大成分”中的主體占總體的比例越來越大，每個主體與其他主體的平均連接個數也逐步增長。仿真結果如圖1、圖2所示。

圖1 各時點創新網絡狀態

圖2 各時點已加入創新網絡的網絡主體比例

（二）演化過程分析

1.創新網絡演化初始狀態。在這一節點，已經有若干行為主體存在，但區域創新網絡尚未形成，還沒有任何網絡主體存在，核心企業與其他主體之間沒有相互聯系，如圖1（a）。這一階段已經加入創新網絡的網絡主體m1=0，占最終網絡主體數量的比例為 0，如圖 2（a）。

2.創新伙伴選擇。在這一階段，區域創新網絡中以核心企業為中心的網絡主體已經形成網絡雛形，但是在區域內仍表現為相對分散的比較稀薄的網絡群，如圖1（b）。此階段形成的網絡，多以企業和科研機構（高校）主動尋求機會，實現技術創新合作，進而轉化為生產力，因此形成的網絡顯得較為單薄，也不甚穩固。占據這一階段開始大部分時間加入創新網絡的網絡主體數量增長較慢，這是網絡內的核心企業在尋找并定位合作伙伴，當部分網絡主體建立起伙伴關系后，網絡主體數量增長速度開始呈現上升狀態，這一階段已經加入創新網絡的網絡主體m2=17，占最終網絡主體數量的比例為 17%，如圖 2（b）。

結合仿真圖可以看出，在這一階段企業開始探索性地尋找創新合作伙伴，而與此同時區域創新網絡內的其他主體也都為實現各自的創新目的而尋求新的合作。企業在發展過程中，需要不斷擴大市場占有率，這就需要有能夠滿足不斷變化的市場需求的產品，而新產品的誕生是建立在技術創新基礎之上的，因此，企業會產生技術創新的需求，尋求創新合作的行為便開始了。企業在缺少創新元素的時候進行創新合作縮短了產品創新的周期，若企業所獲取的創新元素沒有進行進一步的開發，很快便會再次產生合作的需求。在這一階段，核心企業創新網絡位置優勢顯得尤為重要，良好的網絡位置促進企業與其他行為主體，如主體企業、政府、科研機構等的合作，從而增加創新機會，使其創新能力得到有效提高。而此時，正是核心企業全面發展網絡關系，長遠謀劃創新目標的時機，在擴展網絡范圍的同時網絡能力也在不斷地提升。

3.創新網絡發展。由于企業創新能力的提升，使企業發展合作伙伴的能力也得到加強，因此這一階段加入區域創新網絡的網絡主體會急劇上升，如圖 1（c）、2（c）。這一階段加入區域創新網絡的網絡主體數量增長較快，也較為穩定，這是網絡內的核心企業和網絡主體共同合作的結果。這一階段已經加入創新網絡的網絡主體m3=64，占最終網絡主體數量的比例為64%，如圖2（c）。

由仿真圖可以看出此階段的創新網絡已經形成簇團，網絡主體間也形成了聯系緊密、錯綜復雜的網絡體系。這一階段企業的結網能力明顯增強，不但實現了與企業、高校的合作，還形成了與政府、中介機構的合作。由于政府機構的介入，使得創新網絡內有共同技術創新需求的企業更有效率地形成了合作聯盟，尤其對于新技術的初期發展有明顯作用。而且，核心企業的創新網絡位置優勢和主體關系逐漸發揮作用，開始為創新能力的發展和創新績效的實現作出貢獻。

核心企業通過企業內部創新和外部合作創新，使企業的創新能力不斷提升并趨于穩定，企業的生產經營活動逐步形成規模并具備一定發展能力，企業的創新能力也基本具備支撐企業創新發展的條件。此時的核心企業為了尋求更強有力的發展，實現其更加長遠的目標，仍然會在創新網絡中大量發展合作伙伴，繼續尋求好的創新機會，提升創新能力。

4.創新伙伴整合。這一階段已經加入區域創新網絡的網絡主體m4=84，占最終網絡主體數量的比例為84%，如圖1（d）。伙伴整合階段核心企業主動發展新的合作伙伴的需求逐漸降低，在部分網絡主體加入區域創新網絡，同時也有部分網絡主體被剔除，所以加入區域創新網絡的網絡主體數量增長逐漸變緩，如圖2（d）。

合作創新可以促進企業在區域創新網絡中的地位更加穩固，所以采取合作策略的企業數量明顯會高于不采取合作策略的企業數量，另一方面，合作創新為創新網絡帶來繁榮的同時，也會給創新網絡帶來競爭，此時已經占據主動地位的核心企業往往不需要付出太多的成本尋找新的市場需求，可以等待創新合作請求或選擇根據已有的產品改革或進行模仿。伙伴整合階段的核心企業已經形成了較為穩定的創新網絡和較為堅實的創新能力，有能力吸引和整合優質的創新合作伙伴，不必再花費大量的成本來發展新的伙伴。因此，在這一階段核心企業會有選擇性地確定合作伙伴，同時會剔除一些不能繼續合作或不想繼續合作的伙伴，也就是對合作伙伴進行整合。此階段創新網絡位置優勢和主體關系都已經穩固，開始穩定有規劃地為企業的創新能力和創新績效發生作用。

從圖2（d）可以看出，前三個階段加入創新網絡的網絡主體比例呈“S”形，通過階段一到階段三的分析可以更加直觀地看出創新網絡和創新能力演化過程的變化。

在創新伙伴選擇階段由于核心企業各種創新能力都比較弱，便會產生很強的主動尋找并確定伙伴的需求，雖然確定伙伴的標準較低，但由于企業自身實力最終達成一致的數量并不樂觀，所以占據這一階段大部分時間加入創新網絡的網絡主體數量增長較慢，圖像斜率較小如圖2（b）；創新網絡發展階段核心企業的資源整合能力、戰略決策能力、研發能力、結網能力等等明顯增強，不但實現了與企業、高校的合作，還形成了與政府、中介機構的合作，這一階段加入創新網絡的網絡主體數量增長較快，圖像斜率較大，如圖2（c）；伙伴整合階段核心企業的創新能力已經很強也很穩定，主動發展新的合作伙伴的需求逐漸降低，同時有能力對伙伴進行整合，所以加入創新網絡的網絡主體數量增長逐漸變緩，圖像斜率較小，如圖2（d）。

5.創新網絡成熟。本階段實驗設計的100個企業在經過伙伴選擇、確定、整合等一系列活動之后成為創新網絡的最終主體，如圖1（e）。此時加入創新網絡的網絡主體數量比例達到100%，如圖2（e）。

事實上，在區域創新網絡發展階段的最后時點，創新網絡已經達到穩定的狀態和規模。在創新網絡成熟階段要繼續保持或微調這種穩定的狀態，直至有更大更好的創新機會或企業遭受不良沖擊時才會產生大的變動。

四、模型驗證

為了驗證本文模擬仿真的準確合理性，能夠輔助區域創新網絡演化的研究，本文選取與以往研究成果比對的方法進行驗證。

根據田鋼（2010）對中關村海淀園創新網絡演化的仿真研究，其成果具有一定的可靠性，因此，本文首先用該研究成果對模型進行檢驗[5]。按照中關村創新網絡結構圖的三個發展階段，可以與本文模擬仿真的創新伙伴選擇、創新網絡發展、創新伙伴整合三個階段相對應。將本文模擬仿真結果與對照研究成果進行比較，本文研究結果的主體分布及進入網絡的速率等基本能與其相吻合，所以，本文認為這個結果從一定程度上說明了Giant component模型模擬仿真的準確性。另外，劉鳳朝（2013）[6]、劉惠萍（2013）[7]等人的研究成果中對區域創新網絡演化過程的階段劃分及創新網絡主體在各階段的行為和動態與本研究相吻合。

模擬仿真預測模型的仿真結果與現實創新網絡一定會存在一些誤差，但是作為一種模擬預測研究，仿真的演化趨勢和過程分析能夠與現實和以往研究基本吻合，就可以認為模擬仿真預測模型結果可靠。由以上分析，模擬仿真模型的結果與以往研究結果基本吻合，所以本文認為本模擬仿真預測結果可以用來輔助預測區域創新網絡的演化趨勢。

[1]Cowan R，N.Jonard，J.B.Zimmermann.Bilateral Collaboration and the Emergence of Innovation networks[J].Management Science，2005：53.

[2]王會龍，池仁勇.浙江產業集群創新網絡跨區域重構研究[J].工業技術經濟，2012（1）.

[3]王飛.生物醫藥創新網絡演化機理研究——以上海張江為例[J].科研管理，2012（2）.

[4]于明潔.區域創新網絡結構對區域創新效率的影響研究[J].科學學與科學技術管理，2013（8）.

[5]田鋼.集群創新網絡演化的動力模型及其仿真研究[J].科研管理，2010（1）.

[6]劉鳳朝.區域創新網絡結構、績效及演化研究綜述[J].管理學報，2013（1）.

[7]劉惠萍.區域創新網絡關鍵運行機制的系統循環圖設計[J].技術與創新管理，2012（1）.