基于Agent的技術創新演化研究

王煒 羅守貴

摘要：文章采用Matlab仿真軟件動態模擬生產者和消費者的行為，融入生態特征的變異率（Mutation Rate）和雜交率（Cross-over rate）來模擬生產者的自主創新和合作創新運行機理；并研究技術創新演化過程中的外部和內部動力機制，分為環境選擇（ Environmental Selection ）和種內選擇（Constructional Selection）；同時，運用生態演化效率指標來測度技術創新發展情況；文章提出技術創新相關生態策略，對持續性的技術創新具有重要的理論和現實意義。

關鍵詞：技術創新；智能體建模；演化；變異；雜交；matlab

一、 技術創新演化與智能體的研究進展

1. 技術創新演化的研究。熊彼特20世紀30年代最早提出技術創新的演化概念，此演化與生態群落演化有相似性：（l）進化機制相似。達爾文（1859）提出，生物的進化依靠多樣性、遺傳性和自然選擇三種核心機制來完成。“多樣性”意味著物種至少有一個重要的可分辨的特征；“遺傳性”確保物種特征能夠穩定復制；“自然選擇”意味著一些物種能更好地適應環境的壓力，而且通過繁殖會增加總量。盡管企業與生物有很大的區別，但是這三種機制在企業技術創新演化中同樣起著相似的作用。可以說，企業有不同技術創新能力等的不同，比如不同的專利和技術成果，表現出企業的“多樣性”；而隨著時間的推移可以傳遞核心競爭力，也表現出“遺傳”特性；最后，市場競爭以及企業的成長與衰退，提供了與自然選擇相類似的市場選擇機制。（2）進化的方式相似。生物的變異主要有兩種方式，一種是漸進的，一種是突變的。與此對應，企業的演化也具備這兩種方式。企業漸進式技術創新演化過程是緩慢且連續的。對于初創時期的企業來說，本質上是一個初級的“學習型企業”，在所有的領域都要進行摸索。隨后，每一次成功經歷都將作為經驗和知識被保留下來，并且將這種經驗融入到日常的經營中去，逐漸形成企業穩定的、適應環境的DNA。

2. 智能體（Agent）模型仿真的研究。是由美國Minsky教授最早提出智能體（Agent）的概念，描述一個具有自適應、自治能力的硬件、軟件或其他實體，其目標是認識與模擬人類智能行為。Delre（2007）將ABMS用于營銷管理的促銷活動選擇上，對不同營銷策略進行仿真，并將仿真的重點放在促銷的目標與時機上；Hur（2010）的研究是致力于以技術不確定性和贏家通吃為特征的多等級競爭，他運用了ABMS來了解這種競爭的動力，尤其是當競爭者之間表現出異構行為的情況下；Oliva等（2010）建立了一個基于智能體的投入產出非工作性模型，他們將每一個基礎設施分解成為相互關聯的要素，通過考慮要素之間的資源交換來研究基礎設施之間的相互依存關系。

與國外相比，余強毅（2014）使用matlab平臺，開發Agent模型來研究農業土地系統復雜性與動態性，表達特定區域內的農作物空間格局及其動態變化過程，完成黑龍江省賓縣的區域實證研究；金淳（2013）以移動商務環境下的餐飲推薦系統為例，分析了消費活動過程中顧客與服務的交互行為，以及情境因素對顧客消費的影響，構建了服務推薦及顧客行為規則，并在REPAST環境下實現了Agent仿真模型。陸云波（2013）對任務、流程、人員和組織進行Agent建模，模擬隱性工作的涌現，輸出工期、成本、質量、隱性工作和工作積壓等定量結果，評估項目組織與流程的匹配度，這一模型有助于促進項目組織和流程設計的定量化研究；楊敏（2013）比較了AB建模和基于方程（equation-based，EB）建模在建模過程上的區別，從結果驗證、過程驗證和模型對接研究三個方面回顧了AB模型驗證的主要方法論問題和相關研究進展，指出建模工具標準化、一致性判斷、靈敏度分析和參數空間壓縮技術是未來AB模型驗證的主要方向。

3. 小結。基于以上技術創新演化和智能體（Agent）模型仿真的國內外研究，目前技術創新演化還停留在定性或者理論模型階段，尚未從時間角度來連續地觀察技術演化過程中的驅動機制和演化程度的定量分析。本文全新演繹企業技術創新動態演化過程。因此，在matlab仿真平臺上，采用智能體模擬生產者和消費者的行為，融入具有生態特征的變異率（Mutation Rate）和雜交率（Cross-over Rate）來形象地分別表示企業的自主創新和合作創新；并探討技術創新演化過程中的“自然選擇”機理：環境選擇（Environmental Selection）和種內選擇（Constructional Selection）；同時，運用演化效率指標來描述技術創新演化情況。

二、 agent建模與生態模擬算法

1. agent建模與算法。在本文仿真系統中，有兩類agent，包括生產者agent和消費者agent，這里假設生產者同屬于一個行業，例如生產電腦的電子品行業。

所有生產者的集合如下：

4. 演化算法模擬。

Step 1：初始化兩個生產者1和生產者2（Producer1、Producer2），每個生產者有初始生命值來表示當前企業規模（生產者可以消耗生命值來生產產品，如果生命值為0，則生產者無法進行生產），各自隨機生產一種產品。市場有三類消費者，分別有不同的效用權重評價函數，三類消費者占市場比重為（30%，30%，40%）。

依次執行Step2、Step3、Step4，重復循環100次：

Step2：每個生產者以合作創新概率？琢分別生產新產品（生物界稱為雜交率？琢∈（0，1），Cross over rate）。兩個生產者是這樣交換技術的，從Producer1、Producer2已生產出來的產品中，分別隨機取兩個已有產品：G1={g1，…，gN}、G2={g′1，…，g′N}。隨機產生一個整數n∈[1，N]，n分別將G1，G2分割成四個片段G11={g1，…，gN}、G21={gn+1，…，gN}、G12={g′1，…，g′N}、G22={g′n+1，…，g′N}。將G11與G22合成，G12與G21合成，即組成兩個新產品分別是G′1={g1，…，gn，g′n+1，…，g′N}、G′2={g′1，…，g′n，gn+1，…，gN}。

Step3：每個生產者以自主創新概率（生物界稱為變異率？茁∈（0，1），Mutation rate）。生產者通過生產一個新產品G={g1，…，gN}，隨機數gi∈[1，10]。由此可生產出不同的產品個數10N。

Step4：比較所有產品的加權效用值E（環境選擇Environmental selection），選出具有最大加權效用值E的產品id，即此產品受市場歡迎，下期增加此產品的產量6個，下期其他產品減少產量2個。并根據相應的產量來調整兩個生產者的生命值，受市場歡迎的產品隸屬生產者增加能量值Energy，同時，由自主創新所生產出的產品所獲得的能量值大于生產者合作創新生產出此產品所獲得的能量值。生產其他產品的其余生產者減少生命值。

Step5：這段技術演化過程中的，觀察兩個生產者生命值Energy、產量Output（每個生產者生產的所有產品產量）、演化效率值（AVF、AVE、maxFC）隨時間的變化情況。其中，maxFC取所有產品平均效用FC中的最大值：MAX（FC1、FC2、FC3、…）。

三、 模擬仿真分析

根據技術創新演化過程中，我們設定，生產者1規模比較大，生產者2規模相對小；自主創新投入成本大于合作創新，且風險大，但一旦創新產品獲得成功，自主創新所獲得的利潤反而大于合作創新。我們從時間維度觀察兩個生產者規模、產量、市場主導產品種類、生態效率的變化，演化過程中存在三種情況，也與現實相仿：（1）第一種情況：生產者2規模超過生產者1的規模，即“長江后浪推前浪”；（2）第二種情況：生產者1規模依舊大于生產者2規模，并且差距越來越大，即“強者更強，弱者更弱”；（3）第三種情況：生產者1規模與生產者2規模同比增大，即大小企業攜手“各領風騷”

第一種情況中：起初，生產者1的產品占市場主導地位；在第10步時，生產者1基于大規模企業資源進行自主創新（mutation），同時，小企業的生產者2通過加大研發投入經費、高科技人力資源、或通過模仿基礎上再創新占主導者生產者1的產品等方式來提升自主創新力度，如此迎頭趕上；在第10步～30步之間，可以觀察到生產者1和生產者2的產品通過環境選擇（Environmental Selection）優勝劣汰，已分別占領市場，兩者的市場地位旗鼓相當；在第30步時，生產者2依舊地“吃老本”，小企業生產者2具有“船小好調頭”的活力，再次自主創新，他的產品恰好迎合了市場，由此完全占領了市場，并超越了生產者1，持續地增加占主導市場產量，從而規模日益壯大。從整個創新進程來看，生產者2的自主創新雖然在短期內可能耗費大量的人力、物力和各種資源等投入成本，但其在長期內對經濟的貢獻卻完全彌補前期創新投入的大量成本，自主創新改變企業命運，呈現“長江后浪推前浪”局面。同時，在各企業自主創新階段，規模和產量同方向變化，并且種內選擇（Constructional Selection）為AVF的變化，環境選擇（Environmental Selection）為AVE的變化，兩者都有明顯的波動，并且AVF>AVE，由此說明種內選擇激烈程度大于環境選擇。

第二種情況中：起初，生產者1的產品占市場主導地位；在第10步時，生產者2由于規模比較小，希望通過自主創新來占領市場，但此次自主創新的產品并沒有通過市場的種內選擇，自主創新所帶來的大量成本投入反而沒有給企業帶來相應的利潤回報，收入小于投入，面臨虧損境遇。而生產者1憑借規模大的好口碑，產品一直占領市場，呈現越來越強的勢頭；在第25步時，生產者1規模大并沒有“驕傲自滿”，而是憑借強大的研發資源再自主創新來保持市場產品主導實力，持續地保持“霸主”地位；在第30步時，為了能“破釜沉舟”來扭轉虧損，生產者2再次自主創新，不幸的是，此次的新產品仍舊沒有受到市場的認可，使得企業每況愈下，而生產者1依舊牢牢占據市場，呈現“強者更強，弱者更弱”的局面。

第三種情況中：起初，生產者2的產品占市場主導地位；在第10步-30步之間，生產者2不斷地進行自主創新，在激烈的市場環境中不斷地銳意進取，創新產品一直占領市場，將產品所得利潤不斷反饋到自主研發投入，自主研發投入繼而又創新出新產品，不斷地實現正反饋；在第25步時，大型規模企業的生產者1意識到后起之秀小企業生產者2所帶來的“危機感”，憑借其雄厚的經濟技術實力基礎進行企業改革技術創新，其所自主創新的產品贏得部分市場的認可，繼而兩個生產者的產品瓜分市場，不分伯仲；在第50步時，面臨著市場多元化，生產者1和生產者2意識到單個企業已經無法滿足當前技術創新對多學科，多領域知識融合的需要，同時，產品生命周期的縮短和競爭的加劇也導致企業獨立自主創新的不確定性增加和成本加大，如果忽視合作創新，搞閉門造車式的自主創新，在時間和成本上都是不合算的，而雙方有不同的技術優勢。兩者可以通過優勢互補，共同研發、共擔成本和風險，共享創新成果的一種創新模式。這期間，創新成本投入相對小，分享利潤相對減少，來實現共贏，攜手齊頭共進，“各領風騷”局面。同時，無論是自主創新還是合作創新階段，隨著創新活動越多，種內選擇AVF和環境選擇AVE也越波動劇烈。

四、 結論與展望

通過本文模擬仿真發現，技術創新演化過程是一個比較慢長的動態的復雜過程，企業對創新方式的選擇也是一個復雜的動態決策過程。不同規模企業在同一時期選擇技術創新的方式是不同的，有的選擇自主創新，有的選擇合作創新，并不是所有的企業現階段都能進行自主創新，也不是所有的企業都有進行合作創新的條件和基礎，不同場合下兩種創新方式會有不同的效果。自主創新是企業核心競爭力的源泉，尤其是中國互聯網產業持續健康發展的關鍵；同時，合作創新是共贏發展之路。二者都是企業獲得先進技術，參與市場競爭的手段，可以相互替代，也可以相互補充，不同場合下兩種創新方式會有不同的效果，兩種技術創新模式和經濟增長率組成的系統在長期構成一個穩定的過程，在長期內產生積極的促進作用。未來，本文還需要從下面三個角度進行拓展：（1）把上游生產者作為第三類agent；（2）增加生產者個數，如此可以觀察仿真系統內3個以上生產者如何進行合作創新，構建更為復雜的創新交互系統。

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基金項目：國家社科基金重大項目（項目號：12&ZD026）。

作者簡介：羅守貴（1963-），男，漢族，河南省鄭州市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院教授、博士生導師，研究方向為區域創新與產業發展；王煒（1984-），女，漢族，浙江省杭州市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院博士生，研究方向為產業經濟發展與創新。

收稿日期：2015-06-27。