基于演化博弈的农产品供应链信息共享行为研究

周柳

摘要：运用演化博弈理论，建立了一个农产品供应商和生产加工商的两级供应链的信息共享动态演化博弈模型，并对系统长期的动态演化过程进行分析。结果表明，农产品供应链上各企业进行信息共享的行为与博弈双方的支付矩阵及初始值有关。博弈双方的信息吸收能力、共享量和协同效应系数越大，信息共享概率越大；信息共享成本和风险越大，信息共享概率越小；初始值的增大有利于信息共享，但到一定程度后，各企业会逐渐趋于信息不共享。

关键词：演化博弈；农产品供应链；信息共享；演化稳定策略

中图分类号：F274；C934 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）09-1751-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.09.038

Agricultural Supply Chain Information Sharing Behavior Research

Based on the Evolutionary Game

ZHOU Liu

（Business School of Hohai University， Nanjing 211100，China）

Abstract： A two-stage game model of agricultural supplier and manufacturer supply chain information sharing was established using evolutionary game theory， and long-term dynamic evolution process of the system was analyzed. Results showed that the information sharing behavior of enterprises in the agricultural supply chain was related to the payment matrix and the initial value of the game. The coefficient of the information absorption capacity，the sharing capacity and the co-effect were greater， the probability of information sharing was greater. The cost and the risk were greater， the probability of information sharing was the smaller. The increase of initial value was conducive， but when it come to a certain extent， enterprises would gradually tend to not sharing.

Key words： evolutionary game；agricultural supply chain；information sharing；evolutionary stable strategy

农业是中国国民经济的基础产业，农业持续、健康、稳步的发展直接关系到国富民强和社会稳定[1]。在农产品市场中，技术革新使竞争跳出企业，上升至供应链水平。在农产品供应链的源头，以农户、农场等为主的农产品供应商为市场提供了丰富的资源供给；在以需求决定供给的交易市场中，传统的流通和销售方式却难以与高速发展的农业产出相配套应用。这种供应链上下游发展的不匹配给农产品市场，尤其是供应商带来了一系列的负面影响，甚至出现“菜贱伤农”、“谷贱伤农”现象。究其原因，主要在于整个供应链中，各参与方获取的信息参差不齐。特别是农产品供应商由于信息较为闭塞，只能选择固定的收购和加工商，供应链的多次分销，使其遭受层层盘剥。在转型经济环境下，供应链上各企业的利益是相对独立的，容易产生信息的延误，从而影响整个供应链的运行效率[2]。

对于任何供应链来说，提高效率、降供成本都是需要深刻思考的问题[3]。实现信息共享可解决供应链的上述问题[4]：Lee等[5]分析了信息共享的价值，提出了解决牛鞭效应的有效方法就是供应链上各企业实施信息共享；王瑛[6]分析了共享需求和成本信息前后的期望利润变化，分析信息共享使供应链整体期望利润增加，且共享程度越高，供应链的帕累托最优；麻淑芬等[7]从两阶段供应链的角度，分析了供应商和零售商在存在提前期的情况下，共享提前期信息可以减少零售商的再订货点，并降低期望费用；陈长彬等[8]建立牛鞭效应的数量模型，证明了信息共享可以明显控制牛鞭效应带来的影响。

针对近年来频发的农产品滞销现象，仍需进一步从动态演化的视角，通过建立动态演化博弈模型，对农产品供应商和生产加工商两级供应链进行信息共享研究。本研究在建立博弈模型和分析演化策略的基础上，得出农产品供应链信息共享的主要影响因素，并提出有针对性的信息共享意见，帮助农产品供应链实现信息共享的良性演化循环。

1 农产品供应链信息共享的演化博弈模型

1.1 模型构建

建立一个完整的信息共享博弈模型需要同时考虑信息共享成本、信息共享风险、信息吸收能力、信息共享量、信息共享协同效应、奖惩机制和信息共享承诺七个方面的要素和變量[9]，考虑到农产品供应链信息共享机制、奖惩机制薄弱，且以农户、农场主等为主的供应商和生产加工商在信息共享承诺方面意识不足的特点，本研究考虑从信息共享成本、风险、信息吸收能力、信息共享量和协同效应五个方面建立农产品供应链演化博弈模型。此外，在农产品供应商和生产加工商长期的信息共享博弈过程中，博弈双方都是非完全理性的[10]。

假设每次博弈时双方策略组合均为{共享，不共享}，相关变量设置及假设条件如下：

1）供应商为博弈方1，生产加工商为博弈方2。

2）假设博弈双方具有长期合作契约，即使不进行信息共享仍然存在合作关系，B1和B2分别表示博弈方1和博弈方2不共享信息时的正常收益。

3）如果博弈双方进行信息共享，则共同分担信息共享成本和风险（即成本和风险等同），使双方都能够获得更高的收益，在此情境下假设：Ri（i=1，2）为信息吸收能力，博弈各方吸收能力不一，吸收能力强的企业收益更多；Qi（i=1，2）为信息共享量，一方共享的信息量越大，另一方从中获益越大；α（α>1）为协同效应系数，博弈双方同时共享信息时，会带来良好的协同效应；C为信息共享成本，采集、整理和传输信息时需投入的人力、物力和技术等；F为信息共享风险，信息共享时面临的如信息专有权优势丧失、商业机密泄露等风险。

由以上分析可以得到：

1）当博弈双方都共享时，收益分别为B1+R1Q2α-C-F和B1+R2Q1α-C-F。

2）当博弈方1共享而博弈方2不共享，则博弈双方收益分别为B1-C-F和B2+R2Q1；同理，可以得到当博弈方1不共享而博弈方2共享时，博弈方1和博弈方2的收益分别为B1+R1Q2和B2-C-F。

3）当博弈双方都不共享时，均只有正常收益，分别为B1、B2。

综上所述，可以构建出农产品供应商和生产加工商的信息共享演化博弈模型（表1）。

1.2 模型求解

为方便模型求解，进一步假设：博弈方1选择共享和不共享的概率分别为x和1-x，博弈方2选择共享和不共享的概率分别为y和1-y（其中0≤x≤1， 0≤y≤1）。根据演化博弈理论，博弈双方参与博弈过程当中会不断学习，并调整信息共享行为，因此和的值都是随着时间变化的。本研究为了方便讨论，假定和的初始值是确定的。

1.2.1 博弈方1的演化稳定策略 博弈方1选择信息共享和不共享的期望收益U11和U12：

U11=y（B1+R2Q1α-C-F）+（1-y）（B1-C-F）=B1+yR1Q2α-C-F；

U12=y（B1+R2Q2）+（1-y）B1=yR1Q2+B1

博弈方1的期望收益：

U1=xU11+（1-x）U12

构造复制动态方程：

f（x）=■=x（U11-U1）=x（1-x）[yR1Q2（α-1）-C-F]

要想找出复制动态的稳定状态，稳定点需同时满足以下两个条件[11]：

1）f（x）=0。

2）根据演化稳定策略的性质，稳定策略必须具有一定的抗干扰能力，即使出现干扰，使其偏离了稳定状态，最终也会达到稳定状态[12]。这就要求当x向低于x*的水平偏离时，复制动态方程f（x）大于0；当x向高于x*的水平偏离时，复制动态方程f（x）小于0。即在点x*处的一阶导数f′（x）<0。

根据上述条件，令复制动态方程f（x）=0，可解出所有的复制动态的稳定状态：x*=1，x*=0，y*=（C+F）/（α-1）R1Q2。①当C+F>（α-1）R1Q2时，对于任意y（0≤y≤1），有f′（x=0）<0，此时x=0是博弈方1的演化稳定策略。②当C+F<（α-1）R1Q2时，如果y>y*，有f′（x=1）<0，此时x=1是博弈方1的演化稳定策略；如果y

根据上述可知，在C+F<（α-1）R1Q2的情况下，演化稳定策略受到临界值y*的影响——y*越小，y落在区间[y*，1]的概率越大，则博弈方1更趋于选择信息共享。

1.2.2 博弈方2的演化稳定策略 同理，可得出博弈方2的期望收益：U2=yU21+（1-y）U22。

博弈方2的复制动态方程：

f（y）=■=y（U21-U2）=y（1-y）[xR2Q1（α-1）-C-F]

令f（y）=0，得y*=1，y*=0，x*=（C+F）/（α-1）R2Q1。

①当C+F>（α-1）R2Q1时，对于任意的x（0≤x≤1），有f′（y=1）<0，此时y=0是博弈方2的演化稳定策略。②当C+F<（α-1）R2Q1时，如果x>x*，则f′（y=1）<0，y=1是博弈方2的演化稳定策略；如果x>x*，则f′（y=0）<0，y=0是博弈方2的演化稳定策略。

根据上述可知，在C+F<（α-1）R2Q1的情况下，演化稳定策略受到临界值x*的影响——x*越小，落在区间[x*，1]的概率越大，则博弈方2更趋于选择信息共享。

1.2.3 博弈双方的演化稳定策略 由于博弈方1和博弈方2所处的情况是不同的，要想得到农产品供应链上下游企业之间信息共享的演化稳定策略，必须同时考虑博弈双方的情况，两者共同作用形成稳定的信息共享策略。考虑博弈双方的情况一共有以下4种：

1）当C+F>（α-1）R1Q2、C+F>（α-1）R2Q1时（图1），博弈双方演化博弈状态逐渐收敛于点（0，0），演化博弈稳定策略为{不共享，不共享}。

2）当C+F>（α-1）R1Q2、C+F<（α-1）R2Q1时（图2），博弈双方的演化博弈状态逐渐收敛于点（0，0），演化博弈稳定策略为{不共享，不共享}。

3）当C+F<（α-1）R1Q2、C+F>（α-1）R2Q1时（图3），博弈双方的演化博弈状态逐渐收敛于点（0，0），演化博弈稳定策略为{不共享，不共享}。

4）当C+F<（α-1）R1Q2、C+F<（α-1）R2Q1同时成立时（图4），即博弈双方都选择共享的收益大于成本时，最终的演化稳定策略取决于博弈双方的初始状态，临界点B（x*，y*）成为影响演化稳定策略的关键因素。此时演化博弈有两种稳定策略情况出现：临界点B（x*，y*）处于区域ACDB中，逐渐收敛于点C（1，1），双方稳定为共享的博弈策略；临界点B（x*，y*）处于区域AODB中，逐渐收敛于点O，双方都选择不共享。

根据上述分析可知，当C+F>（α-1）R1Q2和C+F>（α-1）R2Q1中任意一个不等式成立时，不论博弈双方最初的信息共享意愿强烈与否，也不管在信息共享中能获得多大的利益，随着时间的推移，博弈双方都会选择不共享，演化博弈收敛于点（0，0），稳定策略为{不共享，不共享}。

只有当C+F<（α-1）R1Q2和C+F<（α-1）R2Q1同时成立时，博弈双方才可能出现信息共享的稳定策略。在这种情况下，信息共享策略由临界点B（x*，y*）决定，点B（x*，y*）越小，区域ACDB越大，博弈双方共享概率越大；反之则越小。这种现象与信息共享收益的边际效用递减规律有关：初始信息共享参与概率较低的博弈双方，随着信息共享活动的进行，从中获取的收益增加，共享意愿和概率逐渐增加，演化策略稳定为共享状态；但共享达到一定程度后，从中获取的收益呈递减趋势，进而降低博弈双方的共享意愿，逐渐收敛于信息不共享的稳定状态。

2 农产品供应链信息共享的演化博弈模型和稳定策略分析

由上述演化博弈模型可知，农产品供应商和生产加工商在长期博弈过程中的信息共享策略选择与自身特性、博弈支付矩阵及参数密切相关。收益函数参数的初始值和变化，会使博弈演化收敛于不同的平衡点，因此利用临界点（x*，y*），、x*=（C+F）/（α-1）R2Q1、，y*=（C+F）/（α-1）R1Q2对影响演化行为的参数及控制进行分析。

1）信息共享成本C。由临界点（x*，y*）可知，当信息共享成本增加时，x*和y*都增大，x落在区间[x*，1]的概率减小，y落在区间[y*，1]的概率也减小，博弈双方更趋向于选择不共享，演化策略逐渐稳定为{不共享，不共享}。相反，博弈双方趋向于选择共享，演化策略逐渐稳定为{共享，共享}。

2）信息共享风险F。由临界点（x*，y*）可知，当信息共享风险增加时，x*和y*增大，博弈双方更趋向于选择不共享，演化稳定策略为{不共享，不共享}；相反，博弈双方演化稳定策略为{共享，共享}。

3）信息吸收能力Ri。信息吸收能力直接影响企业在信息共享活动获得的收益，由临界点可知，信息吸收能力越强，临界值x*和y*越小，临界点（x*，y*）向点O（0，0）移动，博弈双方朝{共享，共享}的稳定策略演化。

4）信息共享量Qi。从演化博弈模型中可以看出，一方信息共享量的增大会增加另一方的信息共享收益和信息共享概率；当双方信息共享量都增大时，临界值x*和y*越小，临界点（x*，y*）向坐标轴左下角移动，博弈双方最终选择信息共享的概率同样增大。

5）协同效应系数？琢。对于博弈任何一方来说，信息共享协同系数？琢的增大都会对临界点（x*，y*）产生积极影响。双方进行信息共享的协同效应越明显，信息共享概率越大，演化稳定策略越趋于{共享，共享}。

3 农产品供应链信息共享建议

本研究基于博弈理论和农产品供应链的特点，建立了一个农产品供应链的两级动态演化博弈模型，在分析影响供应链上下游企业间信息共享的因素后，发现农产品供应链企业在进行信息共享的过程中，信息共享成本、风险、信息吸收能力、信息共享量和信息共享协同效应因素都会在很大程度上影响企业进行信息共享的意愿与行为。同时，从博弈结果中以看出，博弈双方企业的初始信息共享状态对于长期的信息共享博弈意愿和行为会产生重要影响。

因此，对于农产品供应链单个成员来说，需要加强收集、整理信息的能力，建立完备的信息管理系统，加强对信息共享风险的预测和控制，降低信息共享的成本和风险。另一方面，注重提升员工素质，培养学习型文化和氛围，加强信息吸收和转化能力[13]，同时也要与供应链其他企业保持适当的信息差异距离，形成信息相似性和互补性[14]；对于整个农产品供应链来说，各企业之间需要加强沟通与協调，共同建立信息共享保障机制，提升、信任水平，降低信息共享可能带来的风险。此外，信息共享量的增加可直接正向影响信息共享收益[15]，有效的激励措施和长期的合作关系是加大整个农产品供应链信息共享量的关键；对于当地机关、政府等来说，需要加强引导监督，鼓励农产品供应链信息共享的环境与氛围培育，降低企业参与信息共享的成本和风险。

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