基于協同演化的物流業與國民經濟發展決策研究

彭會萍，曹曉軍，石褚巍 （蘭州財經大學，甘肅 蘭州 730020）

協同學是自組織理論中的分支學科，主要研究系統內部各要素之間的協同機制，其基本觀點是[1-2]：系統各要素之間的協同是自組織過程的基礎，系統內各要素之間的競爭和協同作用使系統產生新結構。在這之中，漲落作為系統協同發展的必要條件，是系統要素的運動或在局部產生的各種協同運動以及環境因素的隨機干擾，這種干擾會促使系統的實際狀態值偏離平均值，這種偏離就叫漲落。而當系統的發展到達新舊結構交替的臨界點時，系統要素間的獨立運動和協同運動便會進入均勢階段時，此時這種漲落會得到系統的響應而迅速被放大，形成波及整個系統的巨漲落，最終推動系統向有序發展。近年，協同學的研究范圍涵蓋了社會科學的各個方面，如被用來研究文化、制度、管理、經濟、物流等領域的協同發展[3-12]。協同學視角下，可將物流業和國民經濟看作需要協同工作的兩個子系統，影響物流產業和國民經濟發展的原因除了各自子系統內部因素外，與二者之間能否產生協同效應也有極大的關系，用協同學的方法研究物流產業和國民經濟的協同發展，是在系統層面從宏觀的角度動態看待物流和經濟之間的演化發展關系，分析這種發展關系，不但可以把握當中所蘊含的協同含義，還可以找出制約物流產業和國民經濟發展的因素。

物流產業和國民經濟協同發展方面的研究，已有許多研究成果[13-19]，研究的切入點也較多，有基于某一特定區域開展研究的，也有從宏觀整體上把握二者之間協同發展關系的，這些研究中定性研究方面[13-14]主要分析協同的概念及發展模式，定量研究方面[15-19]則主要以分析特定時間、特定區域的協同發展水平為主，側重于對兩個子系統間的協同現狀進行評價分析。現有成果缺少基于協同演化的系統發展預測及決策方面的研究成果，本文認為，在物流產業和國民經濟的協同發展研究時，如果將其放在一個動態、發展的視角下進行協同演化研究，通過準確測度系統協同發展水平，在把握系統協同演化規律的基礎上，就可預測系統下一個階段的協同狀態，進而通過干預子系統的參量，促進物流產業和國民經濟協同發展，使系統達到協同發展的更高階段及達到管理和產業規劃的目標。本文根據系統協同演化logistic曲線的特點，依據協同演化的階段模型，從協同演化的角度對物流產業和國民經濟的短期發展進行了決策研究，以期從另外一個視角給管理層提供決策思路。

1 協同發展決策模型的基本假定

與生物種群間的協同演化過程相似，物流產業和國民經濟之間的演化也從誕生，到二者發展到一定的程度達到相互產生積極的影響，再到雙方之間能夠相互支撐相互促進，最終達到二者的共生融合。其演進過程呈現三個方面的特征：一方面，物流產業和國民經濟作為社會系統中的兩個重要自組織系統，二者之間的協同演化，會在各子系統自組織的特性下，通過與外界的物質、能量、信息的交換，實現各子系統內部的有序演化，這種有序演化將促進物流產業和國民經濟之間的協同演化發展。另一方面，物流產業和國民經濟的協同發展演進動因在于物流產業和國民經濟內部各個參量在系統自組織特性的影響下，改變自身內部的有序結構，從而達到各自內部的有序發展，進而促進二者的協同發展。因此物流產業和國民經濟的協同發展程度是通過各自系統內部序參量的發展而逐漸演進的。最后，由于各子系統的自組織特性，序參量的變化使子系統的協同發展過程并非一帆風順，兩系統從不協同到低級協同再到高級協同的演化階段中，每個子系統能達到某一階段的時間長短是不確定的。因此，利用協同發展的特性，通過引導序參量的取值，實現系統的協同發展水平向更高協同階段發展即具有現實意義，也具有可操作性。

經過上述分析，提出建立協同演化決策模型的三個假設：

假設1：系統間的協同演化遵循式（1）所示的logistic曲線，因此，根據logistic曲線的特性和二者協同發展的實際情況，可將協同度劃分為[0,0.21]、（0.21,0.50]、 （0.50,0.79]和（0.79,1]等四個區間，對應的有協同演化的四個階段，表1給出每個階段的演化模型。

表1 協同演化階段及階段演化模型

假設2：物流產業和國民經濟的協同發展會經歷從不協同到低級協同，從低級協同到高級協同的發展過程，這種發展過程呈現階梯型演進特征，即只有達到了較低水平的協同，二者的發展才可能向更高水平的協同發展。

假設3：物流產業和國民經濟的協同發展水平是受到二者內部的序參量的發展而改變的，也即系統內部的序參量是主導物流產業和國民經濟協同發展的主導因素。

基于以上三個假設，如果物流產業和國民經濟的協同發展達到了某一水平，為使二者的協同演化向下一階段發展，可通過改變兩系統內部的序參量的發展方向、速度、大小，在遵循協同學對系統發展要求的前提下，可使二者的發展達到目標協同水平。在這一改變序參量發展形態的過程中，可通過建立非線性數學規劃模型，尋得達到二者協同演化下一發展階段的序參量最優解，建立的數學模型應需遵守物流產業和國民經濟本身發展的規律，這些規律形成模型的約束條件。

2 基于系統協同發展的決策

2.1 基于序參量最優解的協同演化決策模型

構建達到系統協同水平目標值的基于序參量最優解的協同演化決策模型，其目標值為系統間協同發展水平到達更高階段的區間端點值。定義X和Y分別代表物流產業和國民經濟，uXi和uYi分別是物流產業和國民經濟子系統內部的序參量取值，是協同發展決策模型的序參量最優取值。建如下數學模型：

一般約束：

特殊約束：

式（2）中，T為目標值，代表系統協同發展到下一演化階段的區間起始值，wXi,wYj分別代表物流產業和國民經濟各個序參量的權重。是系統協同發展水平達到階段目標的序參量最優解，代表系統發展到下一階段的最優有序度取值。α為物流產業和國民經濟的協同度，α和β權重。

式（3）和式（4）兩個不等式是對物流產業和國民經濟中的序參量做的統一約束，保證了物流產業和國民經濟的各個序參量的發展均是正向有意義的發展，且不會超過某個預定的上限，其中maxuXi和maxuYi是物流產業和國民經濟相應序參量的上限。

式（5）約束物流產業和國民經濟均正向遞增發展。

式（6）和式（7）是對序參量和系統有序度的等式約束，也即求得的序參量最優解加權之和應該與最優系統有序度相等。

針對具體問題求解時，物流產業和國民經濟的序參量之間可能存在相互制約，這種制約關系也應被考慮到約束條件中。

2.2 基于階段演化方程的序參量目標值確立

對于上述模型，可求解得到物流產業和國民經濟協同發展的序參量最優解，但它僅僅代表協同發展水平到達目標階段時的序參量取值，是一個中長期目標值，該最優解可能無法在短期內達到。因此在序參量最優解的基礎上，應根據協同演化所處的階段，利用階段協同演化模型，確定物流產業和國民經濟達到最優解需要的時間，從而決策出近期目標值。

具體求解過程分兩種情況：首先，如果系統協同水平測度結果處于獨立階段，此時，由于二者的協同發展水平很低，無法給出具體的協同演化方程，但其協同發展的軌跡還是會依據logistic曲線在系統發展之初的線型，因此，若系統處在獨立階段，就采用式（1）所示的logistic曲線進行預測和決策，其中A和b為待擬合的參數。

其次，當系統協同水平處于擾動階段、互助階段或者共生階段時，由于每個階段均有獨立的階段協同演化模型，按如下步驟計算：（1）依據當前的協同度確立系統的協同演化階段模型。（2）基于協同演化階段模型，通過歷史有序度、協同度擬合出協同演化階段模型，并預測系統達到目標協同度所需的年限。（3）將序參量的最優值在該年限的基礎上平均分配，得到序參量的決策值。序參量決策值確立模型如式（10）和式（11）所示。

上述兩式中，uXi（t+1）,uYi（t+1）為序參量t+1時刻的決策值，為序參量的最優解，uX（t）,uY（t）為t時刻的實際值，t'為基于協同演化階段模型預測得到的物流產業和國民經濟協同發展水平到達目標值T時所需要的年限。基于該結果即可以為物流產業和國民經濟的協同發展做出政策建議。

3 基于甘肅物流產業和國民經濟協同演化的決策

3.1 求解步驟

（1）對甘肅物流產業和國民經濟的協同發展水平進行測度，并確定甘肅省物流產業和國民經濟協同發展所處的階段。

（2）確立甘肅物流產業和國民經濟的協同發展水平發展的目標值，即確定T值。

（3）利用歷史數據，擬合解得階段協同演化方程的待解參數。

（4）給出目標函數，設立約束條件，并求解模型，得出序參量最優解。

（5）基于當前的協同演化階段模型，預測甘肅省物流產業和國民經濟協同發展達到目標值所需的年限。

（6）求解序參量的決策值。

3.2 甘肅物流業和國民經濟協同發展水平的測度

利用統計學中的相關分析和主成分分析方法，本文確定郵政業務總量X1、貨運量X2、貨物周轉量X3、郵政營業網點X4、郵路總長度X5、鐵路營業里程X6、公路里程X7、物流就業人員數X8、民用載貨汽車擁有量X9等9個指標為物流業的序參量，選取地區生產總值Y1、地方財政一般預算收入Y2、全社會固定資產投資Y3、社會消費品零售總額Y4、年末常住人口Y5、進出口總額Y6等6個指標作為國民經濟的序參量。對2006～2015年的甘肅面板數據，通過式（12）進行甘肅省物流產業和國民經濟的協同發展水平的測度，得出其在2015年的協同水平為0.602，即兩者的協同發展處于互助階段，可按照表1的互助階段演化模型預測并決策。

3.3 階段演化模型求解

對互助階段演化模型進行離散化，以物流產業uX為系統的序參量得到式（13）。

將甘肅物流產業和國民經濟在互助階段的有序度分別代入式（13） 和式（14）進行擬合，其擬合結果為：λY=0.2059，a=-0.2615，而λX=0.2062,b=0.4385，此時λY略小于λX，因此，甘肅國民經濟是引導系統協同演化的序參量，故采用式（14）的形式，具體的階段演化方程為：

以國民經濟uY為序參量時，離散化后的公式為：

3.4 決策模型參數的確定及其求解

根據協同發展水平的測度結果，依據表1，其下一發展目標為共生階段，該階段的端點起始值為0.79，故式（1）中，目標值T=0.79，考慮甘肅省物流產業和國民經濟的發展實際，根據《甘肅省國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》中規劃數據以及2015年實際數據，引入目標函數的約束條件。建立了甘肅省物流業和國民經濟協同發展的決策模型，目標函數如下：

采用MATLAB中求解非線性多元函數最小值的函數fmincon，對上述模型進行求解。求解得到甘肅物流產業和國民經濟達到共生階段的序參量最優值，并對結果進行反歸一化，見表2所示。

3.5 基于協同發展的目標決策

由于甘肅物流產業和國民經濟在2015年時是步入互助階段的第三年，要想發展到下一階段——共生階段，還需要多年的努力，基于互助階段甘肅省物流產業和國民經濟的協同演化階段模型，利用式（15），進行甘肅省未來的協同度預測，結果如表3所示。

從表3可看出，甘肅省物流產業和國民經濟的協同度在互助階段的階段演化下，在2018年將基本達到0.79的共生階段，因此將協同發展的階段年限設定為3年，并以3年進行決策。采用式（10）和式（11）求出甘肅省2016年物流產業和國民經濟的決策值，并以2015年為基期，求得基于決策值的增長率，結果如表4和表5所示。預測甘肅省物流產業和國民經濟未來的協同水平，近期的決策值。

根據以上決策結果可以得出：物流產業方面，甘肅省需要加大基礎設施的建設，提高物流產業的供給能力并帶動發展物流產業的需求，其中著重加大道路基礎設施的建設；國民經濟方面，甘肅省需要加大生產、消費、投資及進出口的發展力度，并以此帶動財政收入的發展，要著重發展甘肅國民經濟中的生產、消費、投資和進出口等薄弱環節，將有效彌補和物流產業的發展差距，從而真正意義上提高其與物流產業的協同發展水平。

表2 甘肅物流產業和國民經濟協同發展序參量最優值

表3 甘肅省物流產業和國民經濟協同度預測

表4 甘肅省物流產業發展決策值

表5 甘肅省國民經濟發展決策值

4 結束語

本文進行了物流產業和國民經濟基于協同演化的決策研究，決策過程從協同發展水平測度和協同發展決策兩個維度展開。決策模型的建立是將物流產業和國民經濟協同發展水平的下一階段作為目標值，將系統序參量的具體發展要求作為動態約束條件，從而得到協同發展的非線性規劃模型，將模型求得的各個序參量最優解作為系統未來協同發展的方向，得到協同發展的序參量最優取值后，基于協同演化階段模型預測協同度的未來趨勢，并確立了協同發展的近期的決策值。通過建立協同發展決策模型，為物流產業和國民經濟的協同發展提供一個明確的目標與方向，解決了以往對于協同演化主要用于評價，而不能用于決策的問題。

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