區塊鏈技術下農產品零售商和消費者演化博弈

劉巖峰，鄭 珂

（渤海大學管理學院，遼寧錦州 121013）

中國農產品供應鏈主要以采購商、批發商和零售商為主，其形態具有信息不對稱性，供應鏈各主體之間缺乏信任，質量安全追溯困難，從而造成整個農產品供應鏈物流流通速度下降。而區塊鏈是典型的去中心化系統，能夠記錄多元主體的交易，各個節點數據在鏈條中獨立寫入，而且各個節點地位對等，鏈條中的信息在全網透明可見，其數據無法進行篡改。將區塊鏈技術引入鄉村供應鏈，有效地解決農產品供應鏈現有的問題，提高農產品流通速度。

2020 年中央一號文件提出在農業領域方面要加速區塊鏈技術的融入［1］。由于農產品銷售是以消費者利益為導向的，而在整個農業供應鏈中，與消費者最接近的則是農產品零售商，部分研究者在農產品零售商和消費者之間展開了深入研究。喻登科等［2］在生鮮農產品新鮮度信息對消費者透露的情況下，建立零售商和消費者的博弈模型，為零售商實現利益最大化提供理論性意見。聞卉等［3］在消費者受價格、農產品新鮮和綠色程度的影響下建立博弈模型，并分3 種情況探討成本、價格、新鮮度數值的變化對零售商的選擇策略和利益產生的影響，為農產品零售商的決策行為提供理論依據。周禮南等［4］以普通農產品與有機農產品的實際情況為基礎，運用積分不等式理論，構建適合消費者的有機產品偏好的生鮮農產品供應鏈網絡平衡模式，并對消費者的產品偏好及其他影響因素進行了實例分析。當零售商傾向合作時，聞卉等［5］根據政府在不同災難年份的扶持政策，建立了政府、零售商與農民三階段Stackelberg 博弈模式。李琳等［6］兼顧消費者在渠道間的需求異質性下，探討了既具有線上和線下銷售渠道的生鮮零售商應用BOPS 服務模式后的定價策略。李曄等［7］在考慮政策補貼情況下，構建零售商與消費者之間的雙方演化博弈模式，對于推動零售商采取果蔬冷鏈運輸方式提出了理論指導意見。零售商的決策和定價會隨著消費者行為的改變而發生改變。

在推動區塊鏈技術應用的研究中，學者主要研究農產品零售商與消費者間的關系。由于在新技術應用推廣中，政府政策支持起著很大的推動作用。因此，本研究引入政府政策支持，構建區塊鏈技術下消費者與農產品零售商的演化博弈模型，采取系統動力學方法進行仿真，對系統內部因果關聯進行分析，為推動區塊鏈技術在農產品零售商中的應用提供理論依據。

1 消費者和零售商演化博弈模型

與傳統的博弈方式不同，演化博弈中各主體的理性是有限的，群體中的個體經由模仿、學習、突變等來達到整個系統的動態平衡。為加速區塊鏈技術應用，王旭坪等［8］建立農戶與合作社之間的網絡演化博弈模型，探究相關因素對雙方采取區塊鏈技術的影響，并通過實際例子證明模型的有效性。本研究以該模型為參考，使用消費者和農產品零售商（為方便后續簡稱為零售商）作為演化博弈的雙方，分別采取相應的策略應對對方的策略。

1.1 模型假設

為了更好地分析政府補貼下消費者與零售商的決策行為，提出了以下模型假設：

假設1：消費者購買區塊鏈形式下農產品的概率為x（0≤x≤1），購買傳統供應鏈形式下的農產品概率為1-x；零售商采取區塊鏈模式的概率為y（0≤y≤1），選擇傳統供應鏈的形式為1-y。

假設2：零售商處在傳統農產品供應鏈的核心位置，擁有大量的信息和主動權［9］，假設零售商利用此優勢得到的利益為S。

假設3：零售商采取區塊鏈形式下將會產生基礎設施建設、系統更新、工作人員更新等損失，因此政府需要制定政策來激勵零售商采取此種模式，如政府補貼、減免稅收等，設定政府支持為FG。

假設4：通過購買不同供應鏈模式下的農產品，消費者會得到不同的滿意度［10］，設為Pi，i=1 為區塊鏈模式，i=2 為傳統供應鏈模式。由于采取區塊鏈模式，農產品供應鏈核心企業會根據共享的信息來實現供應鏈協調，農產品的質量會得到上升，顧客滿意度會得到提升，但采取區塊鏈技術的農產品需顧客花費更高價錢。

假設5：在傳統供應鏈形式下，零售商會利用自身的信息優勢實行信息欺騙等行為，為消費者帶來K的損失，λ為消費者購買問題產品的概率。

假設6：當零售商采取區塊鏈模式時，會因為農產品質量的提升帶來更多的額外效益如社會聲譽等，設為D。

1.2 參數說明

模型參數及意義如表1 所示。

表1 參數說明

1.3 模型描述

當消費者購買區塊鏈模式下的農產品，零售商采取區塊鏈模式時，消費者的收益為P1-L1，零售商的收益為L1+FG-T1+D；當消費者購買區塊鏈模式下的農產品，零售商采取傳統供應鏈模式時，消費者因為沒有區塊鏈模式農產品，收益為0，零售商的收益為S-T2；當消費者采取購買傳統供應鏈模式農產品策略，零售商采取區塊鏈模式時，消費者的收益為0，零售商的收益為FG+D-T1；當消費者購買傳統供應鏈模式農產品，零售商采取傳統供應鏈模式時，消費者的收益為P2-L2-λK，零售商的收益為L2-T2+S。

消費者是否購買區塊鏈模式和零售商是否采取區塊鏈模式的博弈收益矩陣如表2 所示。

表2 消費者和零售商的博弈收益矩陣

1.4 復制動態方程

令消費者選擇購買區塊鏈農產品的期望收益為E1，選擇購買傳統供應農產品的期望收益為E2，如式（1）、式（2）所示：

消費者的復制動態方程如式（4）所示：

令零售商選擇區塊鏈模式的期望收益為G1，選擇傳統農產品供應鏈形式的期望收益為G2，如式（5）、式（6）所示：

零售商的復制動態方程如式（7）所示：

1.5 演化博弈模型的穩定性分析

消費者與零售商間動態系統的Jacobian 矩陣φ如式（8）所示：

消費者與零售商間動態系統的Jacobian 矩陣的行列式和跡如式（9）、式（10）所示：

根據式（4）和式（7）得到復制動態均衡點E1( 0,0 )、E2( 0,1 )、E3( 1,0 )、E4( 1,1 )、E5(x*,y*)，對映矩陣行列式和跡及其表達式如表3 所示。

表3 均衡點及其行列式和跡

從表3 可以看出，在不同的參數取值情況下，行列式和跡的符號會發生變化，從而導致系統的穩定性受到諸多因素的影響。由于E5(x*,y*)的trφ= 0，該均衡點始終不是系統的ESS（穩定策略）。根據模型變量間的關系，用Friedman［11］方法分成以下4 種情況討論：

情況1：當L2+λK＜P2，并且FG+D-T1＜S+L2-T2，也就是購買傳統供應鏈模式下的農產品會使消費者有很高的滿意度，零售商認為采取區塊鏈技術得到的收益減去成本后會得到比采取傳統供應鏈更少的收益，系統的ESS 為（0，0）。

情況2：當P1＜L1，FG+D-T1＞S+L2-T2，即消費者覺得高價購買區塊鏈農產品不滿意，政府政策支持和采取區塊鏈模式后帶來的收益減去成本比采取傳統供應鏈模式的收益大，系統的ESS 為（0，1）。

情況3：當P2＜L2+λK，L1+FG+D-T1＜S-T2，即消費者購買傳統供應鏈模式的農產品不滿意，零售商采取區塊鏈形式的收益小于采取傳統供應鏈模式的收益，系統的ESS 為（1，0）。

情況4：當P1＞L1，L1+FG+D-T1＞S-T2，即消費者對購買供應鏈模式的農產品滿意程度高于付出的價格，零售商在政府支持等收入下采用區塊鏈模式的回報大于傳統供應鏈模式的回報，系統的ESS為（1，1）。

2 消費者和零售商SD 模型與仿真

2.1 消費者和零售商SD 模型構建

由于系統動力學（System dynamics，SD）是將定性和定量分析結合起來，對其復雜反饋行為進行數學方法的研究［12，13］。在上述演化博弈分析的基礎，利用系統動力學具有不需要數據就可以仿真模擬的優點，對該系統進行模擬仿真，得出各種因素對決策各方的影響，并利用Vensim 軟件建立了SD 模型，如圖1 所示。

圖1 消費者農產品零售商演化博弈的SD 模型

該模型的速率變量為x變化率和y變化率；消費者購買區塊鏈農產品的期望收益E1、消費者購買傳統供應鏈農產品的期望收益E2、零售商采取區塊鏈模式的期望收益G1、零售商采取傳統供應鏈模式的期望收益G2組成該模型的輔助變量；消費者購買傳統供應鏈農產品概率1-x、消費者購買區塊鏈農產品概率x、零售商采取區塊鏈模式概率y、零售商采取傳統供應鏈模式1 -y作為該模型的流位變量；其他為該模型的外生變量。其中各變量之間的關系由式（1）~式（7）來確定，TIME STEP=0.007 812 5，演化時長30 個月。

2.2 消費者與零售商演化博弈的SD模擬仿真分析

由消費者和零售商的演化博弈模型可知，當P1＞L1，L1+FG+D-T1＞S-T2時，系統會向ESS（1，1）即消費者購買區塊鏈農產品，零售商采取區塊鏈模式來演化，本研究按照符合P1＞L1，L1+FG+D-T1＞S-T2的參數設值，設FG=2，S=1，T1=4，T2=2，P1=10，P2=6，λ=0.5，K=2，D=5，L1=5，L2=3，x=0.1，y=0.1。

2.2.1 消費者購買區塊鏈農產品的滿意度P1對消費者演化結果影響 當其他初始數值不變時，對消費者購買區塊鏈農產品的滿意度P1演化進行仿真模擬運算，仿真模擬得出P1=8、10、15 時消費者策略的演化圖（圖2）。根據圖2 可以看出，當P1越大，消費者選擇購買區塊鏈農產品的演化速度越快，即當消費者對區塊鏈農產品越滿意時，便更傾向于買進該產品。因此，想要使更多的消費者購買區塊鏈農產品，需要從提高消費者對區塊鏈農產品的滿意度入手。當消費者選擇購買區塊鏈模式下的農產品時，零售商也會根據消費者的喜好去采取區塊鏈技術的應用。

圖2 P1=8、10、15 時消費者演化結果

2.2.2 使用區塊鏈模式的投入T1對零售商演化結果的影響 假設其他初始數值不變時，對使用區塊鏈模式的投入T1售商演化進行模擬仿真，當T1=2、3、4 時的零售商的演化圖（圖3）。根據圖3 可以看出，當T1越大，零售商采取區塊鏈模式的行為就越慢，節省區塊鏈構造的投入是推動零售商采取區塊鏈模式的關鍵要素之一。如果零售商采取區塊鏈技術需要花費大量成本，對區塊鏈在農產品供應鏈中的普及會產生阻礙。

圖3 T1=2、3、4 時零售商的演化結果

2.2.3 政府政策支持FG對零售商演化結果的影響 假設其他初始數值不變時，對政策支持FG的演化進行仿真，設定FG=2、4、8，仿真模擬結果如圖4 所示。從圖4 可以看出，FG越大，零售商采取區塊鏈模式的行為越快，政府如果想快速推動區塊鏈的應用，則要采取政策大力支持零售商，幫助零售商采用區塊鏈技術，使區塊鏈技術在零售商中普及。

圖4 FG=2、4、8 時零售商的演化結果

3 結論與建議

本研究模型主要根據系統動力學不需要數據就可以仿真模擬的優點，構建的區塊鏈環境和政府政策支持下農產品零售商和消費者的雙方博弈模型，采用Vensim 對各主體策略行為的交互過程模擬，當P1＞L1，L1+FG+D-T1＞S-T2時，農產品零售商會更愿意采用區塊鏈模式，消費者會更愿意購買區塊鏈農產品，并且隨著FG、P1增大，T1減少，各主體朝著ESS 的演化速率會加快。為加快區塊鏈技術在農產品供應鏈中的應用，采用如下對策：

1）加大區塊鏈農產品的宣傳。作為一個新興的技術，消費者對區塊鏈技術不了解，很難直接看到區塊鏈技術下的農產品和傳統供應鏈農產品的差異，必須加強區塊鏈技術的推廣。在區塊鏈技術中，信息的傳遞是透明的，農產品零售商可以根據該特點推出“認養一棵蘋果樹”等活動，讓消費者了解農產品從一個種子到長成蘋果的全過程，使消費者對農產品更加放心，讓考慮食品安全的消費者偏向購買區塊鏈農產品。

2）加大培養區塊鏈供應鏈技術型人才，吸引掌握區塊鏈技術和其他技術的復合型人才。只有大量培養區塊鏈技術相關人才，提升應用區塊鏈技術的應用水平和熟練程度，而且區塊鏈是需要多種技術相結合發揮的技術，需要通過人才引進計劃或者住房補貼等政策，吸引更多的掌握區塊鏈技術和其他技術的復合型人才，使他們在區塊鏈技術的應用上發揮作用。專業型人才的培養和復合型人才引進同時進行，減少零售商在采用區塊鏈時減少投入成本和時間成本，從而降低整個區塊鏈技術的應用成本。

3）增加政策的支持。對于區塊鏈這種前沿的重要技術，中國政府對于它的應用和發展一直是秉持著激勵和支持的態度［14］。在傳統農產品供應鏈形式中，零售商處在核心位置，放棄原先的地位采取去中心化的區塊鏈形式，在零售商不知道區塊鏈未來收益和風險的情況下，難以舍去在供應鏈中原有的優勢地位。政府可以制定相關政策，例如對采取區塊鏈技術的企業減少一定量的稅收或者提供政府補貼等，激發農產品零售商使用區塊鏈技術的積極性，推動農產品零售商應用區塊鏈技術。

4）發展與區塊鏈相關的信息技術。區塊鏈在農產品供應鏈中，與云計算、大數據及智能系統，讓人工智能、移動通信、智能裝備等信息技術相連接［15］，因此想要使區塊鏈技術在農產品供應鏈中發揮最大的作用，在發展區塊鏈技術的同時，也要促進與區塊鏈相關的信息技術的發展，讓區塊鏈技術在農產品供應鏈的應用中有更好相關技術支持，發揮其最大作用，從而減少零售商在區塊鏈技術應用中的成本。