區域創新網絡的共生演化仿真研究

區域創新網絡的共生演化仿真研究

葉斌，陳麗玉

(華南理工大學工商管理學院，廣東廣州510641)

摘要：建立區域創新網絡的競爭與合作共生演化模型，在給出共生演化模型的平衡點及其穩定性條件之后對區域創新網絡的共生演化過程進行仿真分析。研究結果表明：(1)區域創新網絡中不同創新主體之間共生演化的結果取決于共生作用系數的取值。(2)當共生作用系數均為負數(互惠共生)時，各創新主體都從其他創新主體受益，使得發展潛力增加。(3)當共生作用系數均為正數(惡性競爭)時，共生作用系數大的創新主體因被其他創新主體消耗資源而趨于衰亡，而另一方得以生存發展。(4)當共生作用系數為一正一負數(寄生)時，被寄生的創新主體由于受到另一方的消耗，其增長潛力下降，另一方的增長潛力則因受益而有所增加。

關鍵詞：區域創新網絡；共生演化；仿真

收稿日期：2015-01-20修回日期：2015-04-19

基金項目：國家自然科學基金重點項目(71233003);國家自然科學基金面上項目(71073057);教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目(12JZD042)

作者簡介：葉斌(1972-)，男，安徽省馬鞍山人，漢族，華南理工大學工商管理學院博士研究生，研究方向：科技創新管理。

中圖分類號：F224.3

文獻標識碼：A

文章編號：1002-9753(2015)04-0086-09

Abstract：This paper conducts a simulation study on the symbiosis evolution of regional innovation network using a symbiosis evolution model involving both competition and cooperation.The results show that：(1) the evolution results of regional innovation network depend on symbiosis coefficient; (2) all the innovative subjects will benefit from each other and have a greater development potential when all the symbiosis coefficients are negative; (3) when all the symbiosis coefficients are positive,the innovative subjects with large symbiosis coefficient will become feeble and die，while innovative subjects with small symbiosis coefficient will survival and develop; (4) the development potential will move in opposite direction when the symbiosis coefficients are opposite.

A Simulation Study on the Symbiosis Evolution of Regional Innovation Network

YE Bin，CHEN Li-yu

(SchoolofBusinessAdministration，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510641,China)

Key words:regional innovation network; symbiosis evolution; simulation

一、引言

區域創新網絡是區域創新主體(企業、大學、科研機構、政府和金融機構等)結成的一種新型產業組織形式，是介于市場和企業內部組織等級之間的一種形式。區域創新網絡中的企業間、企業與大學間、企業與科研機構間的界線是多孔狀的，便于不同主體之間的相互滲透。區域創新網絡為網絡成員提供了一種相互作用和互動的平臺，不同創新主體通過創新網絡，實現相互合作，優勢互補，資源共享，產生協同效應，因而區域創新網絡具有內部協作性、根植性、開放性和穩定性及其與環境的依存性等共同特征。

區域創新網絡不僅有利于區域內高技術企業集群發展，而且區域創新網絡會以創新中心為源頭，通過創新的梯度推移或反梯度推移，從核心區擴散到邊緣區，從而完成區域創新網絡的空間集聚，并對周邊地區甚至國家的經濟產生重要影響。目前，區域創新網絡已成為世界各國競相發展的區域經濟組織形式。然而，縱觀世界各國，公認的獲得成功的區域創新網絡并不多。除了美國的硅谷、印度的班加羅爾等少數幾個區域創新網絡外，大部分都沒有明顯起色，甚至有些區域創新網絡不斷收縮甚至消亡。那么，區域創新網絡是怎樣的形成、發展以及衰退、消亡的?這一演化過程遵循著什么樣的規律？隨著近年來研究的不斷深入，有學者發現區域創新網絡這種演化過程類似于自然界生物種群的共生演化過程。共生最早由德國生物學家德貝里于1879年提出，是指不同種屬按某種物質聯系在一起，形成共同生存、協同進化的關系。在現代社會，共生已經成為包括人類社會在內的所有自然和社會系統之持續成功生存、繁榮、發展的根本依據和立足點。共生演化的概念，是由Ehrlich和Raven(1964)提出的，他們認為盡管競爭是推動事物發展的根本動力，但生物界普遍存在的現象是“共生演化”，而不是傳統上我們認為的“生存競爭”，共生演化為共生系統內部事物的變異與成長預留了空間[1]。共生演化認為，一個新事物只有與那些相關子系統相互匹配并能夠建立持久的合作關系才能在群體中成為大多數，并最終起到推動群體進化的作用[2]。

區域創新網絡是一個相互聯系、相互制約的統一綜合體，它與自然界的生物群落一樣，也具有很多與生物群落相似的特性，包括環境適應性、競爭性、協作性等。區域創新網絡正是在競爭與合作的對立統一下，得以演進和深化，競爭與協作是區域創新網絡各創新主體之間關系共生演化的內核驅動力。因此，從共生演化的角度來分析區域創新網絡，能夠更清楚地了解區域創新網絡的形成、發展、衰亡的演化過程。目前，已有少量學者應用共生演化模型開展了相關研究。Hannan和Freeman(1977)提出了完整的組織生態學概念和研究框架，建立了可以衡量企業個體成長、變遷和演替的共生演化模型[3]。Chertow(2000)認為產業共生的關鍵是產業內各類企業之間的協作，地理上的臨近使得產業共生成為可能[4]。Baas和Boons(2004)、Brings(2006)分別構建了共生演化的理論模型，討論如何在區域企業雙贏的基礎上形成產業共生[5-6]。張偉峰和萬威武(2003)基于對技術創新過程的特征分析，認為技術創新與企業創新網絡之間存在共生演化關系，隨著技術復雜性的提高，創新網絡通過自組織機制不斷進化并逐步完善[7]。周浩(2003)利用logistic模型解釋經濟生活中的企業集群現象，給出衛星式和網狀式兩種中小企業集群模式達到均衡狀態的穩定條件和經濟解釋[8]。李松齡和生延超(2007)建立Logistic生物種群共生進化模型對技術聯盟的演化進行了分析，發現技術聯盟企業通過分工形式形成各種關系，以激烈的競爭維持著共生模式的穩定性[9]。林義成等(2009)根據生態學中的Logistic方程，建立城市交通運輸方式共生演化模型，并討論城市交通運輸方式共生演化機制，同時以長株潭地區為例實證各交通運輸方式間的共生關系[10]。胡浩等(2011)建立多創新極共生演化動力模型，對區域創新系統中創新極間共生演化模式進行了模擬，發現區域創新系統間的區別在于區域內創新極的數量、強弱及創新極間的共生關系，區域創新系統演化的結果受區域內創新極間的共生關系影響[11]。劉明廣(2012)建立區域產業集群的共生演化模型，從理論上推導該模型的平衡點及穩定性條件，并選取東莞紡織產業集群為研究對象進行實證研究[12]。龐博慧(2012)基于生態學種群Logistic共生演化模型，對中國1983-2007年的生產服務業和制造業共生演化進行了實證分析，發現二者之間互動發展屬于非對稱互惠共生模式，生產服務業對制造業的影響大于制造業對生產服務業的影響[13]。趙良杰等(2012)在基于協調博弈和動態網絡的基礎上，構建了一個社會網絡與創新擴散的共生演化模型，采用仿真與計量相結合的方法，分析了創新擴散、網絡整體收益和社會網絡之間的相互影響[14]。

上述研究雖然也取得了一定的成績，為后人的研究提供了很好的借鑒，但也存在如下幾個方面的問題：一是從共生的視角來研究社會網絡中各行為主體之間的互動關系還處于起步階段，可供參考的研究文獻還比較少，針對區域創新網絡的共生演化研究更是鳳毛麟角；二是已有文獻研究關注的重點主要集中在共生演化模型的平衡點及其穩定性分析上，仿真研究還很匱乏。針對上述情況，本文在借鑒前人研究成果的基礎上，建立區域創新網絡的競爭與協作的共生演化模型，在給出共生演化模型的平衡點及其穩定性條件之后進行仿真分析，從理論和實證兩個維度對區域創新網絡的共生演化過程進行深入的探討。文章的如下結構安排如下：第二部分簡要分析區域創新網絡的共生模式；第三部分是區域創新網絡的共生演化模型的設定；第四部分是區域創新網絡共生演化的仿真分析；最后是研究結論和政策建議。

二、區域創新網絡的共生模式

共生是指在一定的共生環境中共生單元之間按某種共生模式形成的關系。共生單元、共生環境和共生模式構成了共生的三要素[15]。共生的3個要素之間相互影響、相互作用，決定了共生系統的動態演化方向和規律。在由區域創新網絡形成的共生系統中，企業、大學、科研機構、政府和金融機構等創新主體是共生單元。共生單元是構成共生體或共生關系的基本單位，是形成共生體的基本物質條件。共生模式是指參與共生各個共生單元相互作用的方式或相互結合的形式。區域創新網絡中各類創新主體之間的合作方式是共生模式。共生單元以外的影響因素則組成共生環境，例如社會環境、經濟環境以及自然環境。任何共生關系都是共生單元、共生模式和共生環境相互作用的結果。在區域創新網絡共生系統中，共生模式是關鍵，共生單元是基礎，共生環境是重要的外部條件。區域創新網絡共生關系關系見圖1。

圖1中箭頭指向表示物質、信息或能量的流向。共生界面是指共生單元之間的接觸方式和機制的總和，是共生關系形成和發展的基礎。共生界面具有信息傳輸、物質交流、能量傳導、共生序的形成功能和分工與合作的等中介功能，它是共生單元之間物質、信息和能量傳導的媒介、通道或載體。共生模式既反映共生單元之間的物質、信息和能量的交流關系，也反映共生單元之間的作用方式和作用強度。

共生模式可以分為共生組織模式和共生行為模式，組織模式主要表現為雙方合作關系的緊密程度，行為模式主要表現為收益在雙方之間的分配。從行為模式上，區域創新網絡的各創新主體之間的共生模式分為寄生、偏利共生、非對稱互惠共生和對稱性互惠共生4種情況。根據共生理論，對稱性互惠共生是共生系統進化的基本方向和根本法則；同時，對稱性互惠共生狀態也是最佳激勵兼容狀態或最佳資源配置狀態[16]。從組織模式上，區域創新網絡的各創新主體之間的共生模式分為點共生模式、間歇共生模式、連續共生模式、一體化共生模式等4種情形。其中一體化共生模式是共生單元在某一封閉時間區間內形成了具有獨立性質和功能的共生體，進行全方位的相互作用，共生關系穩定且具有必然性。一體化共生模式作為區域創新網絡組織程度最高的共生模式，具有更高的穩定性和最明顯的共進化特征，也是區域創新網絡的理想共生模式。區域創新網絡的共生演化過程見圖2。

圖1　區域創新網絡的共生示意圖

區域創新網絡各創新主體之間共生關系演化，在共生行為模式上，會呈現出從寄生、偏利共生、非對稱互惠共生到對稱性互惠共生的轉變，主要表現在區域創新網絡各類創新主體之間利益分配對稱性提高的過程，即各類創新主體在共生中從不產生新的收益、一方完全占有新的收益、新收益的不對稱分配到新的收益最大化下對稱分配的過程。在共生組織模式上，區域創新網絡各創新主體之間會呈現出從點共生、間歇共生到連續共生、一體化共生的變化，主要體現為區域創新網絡各類創新主體共生體組織化程度提高的過程，即各類創新主體從一次性合作、間歇合作、緊密合作乃至結為一體的過程。在這一過程中，區域創新網絡各類創新主體之間優勢互補，得以提高整個區域創新網絡的績效，更好支持區域經濟的發展。

圖2　區域創新網絡共生模式的演化

三、區域創新網絡的共生演化模型

1.研究假設

假設1：以區域創新網絡內的某一產業為背景，假設該產業由兩類創新主體構成*創新主體超過兩類的區域創新網絡演化模型與創新主體為兩類時的情況完全類似。。

假設2：區域創新網絡中創新主體的種群數量受到資源、制度和技術等環境因素的制約，需要經歷從幼年到成年的發育過程，就像自然界中的生態系統的成長過程一樣。

假設3：以區域創新網絡中創新主體的規模變化表示創新主體的成長過程，規模越來越大表示創新主體成長良好，進一步認為創新主體規模越大對區域創新網絡內創新資源的占有率越大；創新主體規模越來越小，表示創新主體趨于消亡，其對區域創新網絡中創新資源的占有率就越來越小，創新資源占有率為零則表示該創新主體消亡。

假設4：創新主體的成長過程均服從Logistic成長規律，其增長率受到其創新主體密度的影響，區域創新網絡中創新主體密度增加，則創新主體的增長率就下降。

假設5：當創新主體的創新邊際收益等于創新邊際成本時創新主體停止增長，達到最大規模。

2.區域創新網絡的共生演化模型

設區域創新網絡中兩類創新主體的規模分別為N1和N2，自然增長率分別為r1和r2。用N1m和N2m分別表示在創新要素給定情況下兩類創新主體規模的最大值。區域創新網絡中兩類創新主體的動態演化方程可表示為：

(1)

當兩類創新主體在同一區域創新網絡中生存時，如前文所述可能存在寄生、偏利共生、非對稱互惠共生和對稱性互惠共生關系。當區域創新網絡中兩類創新主體相互作用時，每一類創新主體的增長率不僅受自身種群規模的影響，而且還與另一類創新主體種群的規模相關。基于Logistic方程，考慮兩類創新主體的共生關系，可以得到區域創新網絡中兩類創新主體相互作用的共生動態演化模型。

(2)

在式(2)中,γ12表示第二類創新主體對第一類創新主體的共生作用系數，γ21表示第一類創新主體對第二類創新主體的共生作用系數。γ12和γ21的取值范圍決定了區域創新網絡中這兩類創新主體的共生模式，見表1。

表1　共生作用系數 γ 12和 γ 21

對于一個由微分方程系統描述的區域創新網絡中不同創新主體之間共生演化過程，其平衡點的穩定性可由該系統得到的雅可比矩陣(Jacobian Matrix)的局部穩定分析得到。對微分方程組依次求關于N1和N2的偏導數，可得出區域創新網絡中不同創新主體之間共生演化的雅可比矩陣為：

(3)

用雅可比矩陣來判斷平衡點是否處于局部漸進穩定狀態的方法是：當系統平衡點使得det(J)>0且tr(J)<0時，那么它就是穩定的平衡點。此時，平衡點處于局部漸進穩定狀態。所以區域創新網絡中不同創新主體之間共生演化的均衡條件也就是det(J)>0且tr(J)<0。具體的分析結果如表2所示。

表2　區域創新網絡共生演化的平衡點及穩定性分析

在得到區域創新網絡共生演化的平衡點后，可以用相軌跡示意圖描述區域創新網絡兩類創新主體之間的共生演化過程。令：

(4)

在式(4)中，g1和g2分別表示區域創新網絡中兩類創新主體的Logistic系數。令g1=0和g2=0，將相平面分為若干個區域。以γ21<1，γ12<1為例，相平面可分為S1、S2、S3和S44個區域(圖3)。

各區域內兩類創新主體的增長速度分別為：

圖3　區域創新網絡共生演化相圖(γ 21<1，γ 12<1)

S1區域位于斜線g1=0和斜線g2=0的下方，在該區域內兩類創新主體的規模增長率均大于零。S2區域位于斜線g1=0的下方，斜線g2=0的上方，在此區域內第一類創新主體的規模增長速度大于零，第二類創新主體的規模增長速度小于零。S3區域位于斜線g1=0的上方，斜線g2=0的下方，在此區域內第一類創新主體的規模增長速度小于零，第二類創新主體的規模增長速度大于零。S4區域位于斜線g1=0和斜線g2=0的上方，在該區域內兩類創新主體的規模增長率均小于零。

若相點進入S2區域，由于在此區域內第一類創新主體的規模增長速度大于零，第二類創新主體的規模增長速度小于零，若從此區域出發，相點會向右下方移動，它要么進入S4區域，要么趨向平衡穩定點E3。如相點從S2區域進入S4區域，由于在此區域內兩類創新主體的規模增長速度均小于零，若相點從S4區域出發，相點會向左下方移動，一是趨向平衡穩定點E3，二是進入S2區域。如果相點進入S2區域，根據上文的分析過它會趨向平衡穩定點E3。

若相點進入S3區域，由于在此區域內第一類創新主體的規模增長速度小于零，第二類創新主體的規模增長速度大于零，若從此區域出發，相點會向左上方移動，它要么趨向平衡穩定點E3，要么進入S4區域。如相點從S3區域進入S4區域，由于在此區域內兩類創新主體的規模增長速度均小于零，若相點從S4區域出發，兩類創新主體的規模都會隨著時間的增加而減少，相點會向左下方移動，一是么趨向平衡穩定點E3，二是進入到S3區域。如果相點進入S3區域，根據上文的分析過它會趨向平衡穩定點E3。

由以上分析可知，當γ21<1，γ12<1時，區域創新網絡兩類創新主體的共生演化的平衡點是E3，即無論初始相點在哪里，區域創新網絡兩類創新主體的共生演化最終都將在平衡點E3處獲得穩定*其他情況下區域創新網絡兩類創新主體的共生演化的相圖與上述分析類似，由于篇幅關系，本文不一一列出。。

四、實證結果和分析

區域創新網絡中各類創新主體通過分工與合作將產生更多的價值，通過這些新產生收益的分配和再使用，區域創新網絡共生單元之間共生范圍的擴大和效率的提高，也表現為共生最大環境容量增加，而共生損耗減少。下面通過仿真分析區域創新網絡中兩類創新主體間共生的演化過程，確定二者是如何相互作用，相互影響的*當區域創新網絡中存在多類創新主體時，各類創新主體之間的共生演化規律類似于兩類創新主體的情況。。

一般說來，γ12和γ21之間沒有確定關系，為方便起見，以下僅討論γ12和γ21相互獨立的情形。設區域創新網絡中第一類創新主體的最大規模為100，第一類創新主體的最大規模為90，迭代900次后進行觀察。

圖4是區域創新網絡中兩類創新主體獨立發展演化模式的仿真結果。在這一模式中兩類創新主體之間的共生作用系數均為零。由圖4可知，區域創新網絡中兩類創新主體的發展速度相互不影響，由自身的內在因素決定(r1=0.02和r2=0.01)。經過一定時間的發展，兩類創新主體的規模分別達到數量上限。

圖4　獨立發展演化模式(γ 12、γ 21均為零)

圖5是區域創新網絡中兩類創新主體惡性競爭演化模式的仿真結果。在這一模式中兩類創新主體之間的共生作用系數均大于零。由圖5可知，區域創新網絡中兩類創新主體的發展速度不僅受到自身的內在因素的影響，還受到其他創新主體惡性競爭的影響。兩類創新主體的發展都經歷了一個從上升到下降的過程，均未能達到數量上限。

圖5　惡性競爭演化模式(γ 12、γ 21均大于零且較小)

在惡性競爭較為嚴重(γ12、γ21均較大)的情況下，共生作用系數較大的一方(第一類創新主體)因為被另一個創新主體消耗了大量的創新資源而很快趨于衰亡，另一個(第二類創新主體)得以生存發展(圖6)。

圖6　惡性競爭演化模式(γ 12、γ 21均大于零且較大)

圖7是區域創新網絡中兩類創新主體偏利共生演化模式的仿真結果。在這一模式中兩類創新主體之間的共生作用系數一個等于零，另一個小于零。由圖7可知，區域創新網絡中偏利共生的一方(共生作用系數為零的第一類創新主體)的增長上限沒有變化，另一方(共生作用系數為負的第二類創新主體)的增長上限因受益而有所增加。

圖7　偏利共生模式(γ 12=0，γ 21<0)

圖8是區域創新網絡中兩類創新主體寄生演化模式的仿真結果。在這一模式中兩類創新主體之間的共生作用系數一個大于零，另一個小于零。由圖8可知，區域創新網絡中被寄生的一方(共生作用系數為正的第一類創新主體)由于受到另一方的消耗，其增長上限下降，另一方(共生作用系數為負的第二類創新主體)的增長上限則因受益而有所增加。

圖8　寄生模式(γ 12>0，γ 21<0)

圖9是區域創新網絡中兩類創新主體互惠共生演化模式的仿真結果。在這一模式中兩類創新主體之間的共生作用系數均為負數。由圖9可知，區域創新網絡中兩類創新主體都會從另一方受益，因此各自的增長上限上升。增長上限上升的幅度與共生作用系數相關，共生作用系數越小，其增長上限上升的幅度越大。

圖9　互惠共生模式(γ 12<0，γ 21<0)

以上分析表明，區域創新網絡是一個不同創新主體之間共生演化的復雜系統，其演化的結果取決于區域創新網絡中創新主體之間的共生關系，即共生作用系數，不同的共生關系會導致不同的演化均衡結果。

五、結論與政策建議

本文建立區域創新網絡的競爭與合作共生演化模型，在給出共生演化模型的平衡點及其穩定性條件之后進行仿真分析，從理論和實證兩個維度對區域創新網絡的演化過程進行深入的探討。研究結果表明：(1)區域創新網絡中不同創新主體之間共生演化的結果取決于共生作用系數的取值。(2)當共生作用系數均為負數時，區域創新網絡的共生模式為互惠共生模式，各創新主體都從其他創新主體受益，使得發展潛力增加。(3)當共生作用系數均為正數時，區域創新網絡的共生模式為惡性競爭模式，共生作用系數大的創新主體因被其他創新主體消耗資源而趨于衰亡，而另一方得以生存發展。(4)當共生作用系數為一正一負數時，區域創新網絡的共生模式為寄生模式，被寄生的一方由于受到另一方的消耗，其增長潛力下降，另一方的增長潛力則因受益而有所增加。

共生是網絡社會經濟環境下區域創新網絡發展進行到一定階段后的必然產物。區域創新和經濟發展較好的地方，總是存在著一定形態的創新主體之間的各種共生關系。共生度較強的企業競爭力也顯著地強于沒有采取這種方式的企業。區域創新網絡的實質是經濟系統和生態系統相互依存、相互制約、相互作用藕合而成的復雜系統，其發展受利益驅動和生態平衡的雙重制約。在復合因素的支配下，區域創新網絡的演化態勢呈現出復雜的行為和軌跡。因此地方政府應通過采取包括財政、稅收等政策在內調控對策協調好區域創新網絡的利益驅動和生態平衡兩大因素之間的關系，避免區域創新網絡向寄生、獨立發展，甚至是惡性競爭方向演化，以保持區域創新網絡的良性發展。

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(本文責編：海洋)