区域创新网络演化趋势仿真预测

王立岩

（天津社会科学院，天津 300191）

区域创新网络的形成是一个逐渐演进的过程，网络内主体通过不断合作吸引若干主体进入网络，最终形成一个动态的开放系统，创新网络形成及演化趋势预测的研究正在逐渐受到重视。

一、文献回顾

国外对于创新网络演化仿真的研究比较具有代表性的是Cowan（2007）[1]构建的创新网络嵌入对创新网络结构的影响模型，并进行了仿真。我国学者对创新网络演化的研究已经取得一系列成果，网络嵌入关系角度，如王会龙（2012）[2]；网络主体特征角度，如王飞（2012）[3]；网络结构角度，如于明洁（2013）[4]。

区域创新网络演化是一个复杂的过程，为了使研究过程更加明晰，本文采用Giant component模型，利用NetLogo软件对区域创新网络演化过程进行模拟仿真，借助创新网络演化模拟结果详细阐述区域创新网络的演化趋势。

二、创新网络演变仿真模型构建

（一）模型构建

创新网络演变Giant component模型的基本假定如下：创新主体以节点形式一个接一个地加入创新网络，每加入一个创新主体，创新网络中就会增加m条无向边；新增加的边以新节点为一个端点，从网络中随机选取一个节点作为另外一个端点。本文所研究的创新网络可以看成是一个由n个节点的有向图所表示的网络，网络主体作为新节点不断加入网络，每个主体加入后立即形成m条指向已有节点的边，代表新加入主体具有m种与其他主体取得合作的选择。基于Giant Component模型的研究假设和条件设置，该模型更加适用于复杂网络中具有类似特征的若干子网络的研究，网络中的主体在时间和空间上随机分布，但各主体加入网络、演化发展的过程存在一定规律。因此，选择Giant Component模型对创新网络演化趋势仿真预测是可行的。

基于上述原则构建创新网络演变仿真预测模型，新节点的度为0，当m达到某个有限值时，网络将出现状态转移，产生一个“巨大成分”（Giant component）。用ps表示一个随机选取的节点属于某个拥有s个节点的成分的概率，并假定ps与n无关，则可以得到如下差分方程：

定义生成函数 H（x）=∑psxs，s=0，1，…。从（1）（2）两式可得：

如果没有巨大成分（Giant component），则 H（1）=1，且网络中所有成分的平均大小 ＜s＞=H（1）。＜s＞是方程 2m＜s＞2-＜s＞+1=0 的较小根，即：

由（4）式得，当 m＞1/8时，＜s＞ 无解，此时网络中必存在巨大成分，该巨大成分即为本文所研究的创新网络。

（二）参数设置

为了使仿真结果更加接近实际演化过程，本文将企业生命周期理论引入仿真过程，结合已有文献对仿真模型进行参数设置。在模型中对网络演化的时点j的设置选取5个时点，包含四个阶段。由于本研究并未涉及到企业衰退阶段，故设置这四个阶段是创新伙伴选择、创新网络发展、创新伙伴整合和创新网络成熟，分别对应企业生命周期的初创期、成长期、调整期和稳定期。假设最终加入区域创新网络的企业、科研机构、政府、中介机构等网络主体共计100个，初始状态中首先将核心企业置于区域内。在这一状态，核心企业与其他网络主体并没有产生任何合作关系，各个类别的主体个数不确定，运用Giant Component模型进行仿真。模型参数设定以及设置见表1。

表1 模型参数表

三、区域创新网络演化过程分析

本文采用NetLogo软件平台，运用Giant Component模型实施模拟仿真预测。

（一）仿真结果

选择节点1到节点5创新网络状态仿真图形和已加入创新网络的网络主体占总体比例图，状态仿真图展示了创新网络从最初的互不相关主体通过随机连接，最后结成一个“巨大成分”的过程，很好的描述了创新网络的演变过程；比例图中y轴代表的是包括在“巨大成分”中的主体占总体的比例，x轴代表的是每个主体与其他主体的平均连接个数。随着时间的增长，包括在“巨大成分”中的主体占总体的比例越来越大，每个主体与其他主体的平均连接个数也逐步增长。仿真结果如图1、图2所示。

图1 各时点创新网络状态

图2 各时点已加入创新网络的网络主体比例

（二）演化过程分析

1.创新网络演化初始状态。在这一节点，已经有若干行为主体存在，但区域创新网络尚未形成，还没有任何网络主体存在，核心企业与其他主体之间没有相互联系，如图1（a）。这一阶段已经加入创新网络的网络主体m1=0，占最终网络主体数量的比例为 0，如图 2（a）。

2.创新伙伴选择。在这一阶段，区域创新网络中以核心企业为中心的网络主体已经形成网络雏形，但是在区域内仍表现为相对分散的比较稀薄的网络群，如图1（b）。此阶段形成的网络，多以企业和科研机构（高校）主动寻求机会，实现技术创新合作，进而转化为生产力，因此形成的网络显得较为单薄，也不甚稳固。占据这一阶段开始大部分时间加入创新网络的网络主体数量增长较慢，这是网络内的核心企业在寻找并定位合作伙伴，当部分网络主体建立起伙伴关系后，网络主体数量增长速度开始呈现上升状态，这一阶段已经加入创新网络的网络主体m2=17，占最终网络主体数量的比例为 17%，如图 2（b）。

结合仿真图可以看出，在这一阶段企业开始探索性地寻找创新合作伙伴，而与此同时区域创新网络内的其他主体也都为实现各自的创新目的而寻求新的合作。企业在发展过程中，需要不断扩大市场占有率，这就需要有能够满足不断变化的市场需求的产品，而新产品的诞生是建立在技术创新基础之上的，因此，企业会产生技术创新的需求，寻求创新合作的行为便开始了。企业在缺少创新元素的时候进行创新合作缩短了产品创新的周期，若企业所获取的创新元素没有进行进一步的开发，很快便会再次产生合作的需求。在这一阶段，核心企业创新网络位置优势显得尤为重要，良好的网络位置促进企业与其他行为主体，如主体企业、政府、科研机构等的合作，从而增加创新机会，使其创新能力得到有效提高。而此时，正是核心企业全面发展网络关系，长远谋划创新目标的时机，在扩展网络范围的同时网络能力也在不断地提升。

3.创新网络发展。由于企业创新能力的提升，使企业发展合作伙伴的能力也得到加强，因此这一阶段加入区域创新网络的网络主体会急剧上升，如图 1（c）、2（c）。这一阶段加入区域创新网络的网络主体数量增长较快，也较为稳定，这是网络内的核心企业和网络主体共同合作的结果。这一阶段已经加入创新网络的网络主体m3=64，占最终网络主体数量的比例为64%，如图2（c）。

由仿真图可以看出此阶段的创新网络已经形成簇团，网络主体间也形成了联系紧密、错综复杂的网络体系。这一阶段企业的结网能力明显增强，不但实现了与企业、高校的合作，还形成了与政府、中介机构的合作。由于政府机构的介入，使得创新网络内有共同技术创新需求的企业更有效率地形成了合作联盟，尤其对于新技术的初期发展有明显作用。而且，核心企业的创新网络位置优势和主体关系逐渐发挥作用，开始为创新能力的发展和创新绩效的实现作出贡献。

核心企业通过企业内部创新和外部合作创新，使企业的创新能力不断提升并趋于稳定，企业的生产经营活动逐步形成规模并具备一定发展能力，企业的创新能力也基本具备支撑企业创新发展的条件。此时的核心企业为了寻求更强有力的发展，实现其更加长远的目标，仍然会在创新网络中大量发展合作伙伴，继续寻求好的创新机会，提升创新能力。

4.创新伙伴整合。这一阶段已经加入区域创新网络的网络主体m4=84，占最终网络主体数量的比例为84%，如图1（d）。伙伴整合阶段核心企业主动发展新的合作伙伴的需求逐渐降低，在部分网络主体加入区域创新网络，同时也有部分网络主体被剔除，所以加入区域创新网络的网络主体数量增长逐渐变缓，如图2（d）。

合作创新可以促进企业在区域创新网络中的地位更加稳固，所以采取合作策略的企业数量明显会高于不采取合作策略的企业数量，另一方面，合作创新为创新网络带来繁荣的同时，也会给创新网络带来竞争，此时已经占据主动地位的核心企业往往不需要付出太多的成本寻找新的市场需求，可以等待创新合作请求或选择根据已有的产品改革或进行模仿。伙伴整合阶段的核心企业已经形成了较为稳定的创新网络和较为坚实的创新能力，有能力吸引和整合优质的创新合作伙伴，不必再花费大量的成本来发展新的伙伴。因此，在这一阶段核心企业会有选择性地确定合作伙伴，同时会剔除一些不能继续合作或不想继续合作的伙伴，也就是对合作伙伴进行整合。此阶段创新网络位置优势和主体关系都已经稳固，开始稳定有规划地为企业的创新能力和创新绩效发生作用。

从图2（d）可以看出，前三个阶段加入创新网络的网络主体比例呈“S”形，通过阶段一到阶段三的分析可以更加直观地看出创新网络和创新能力演化过程的变化。

在创新伙伴选择阶段由于核心企业各种创新能力都比较弱，便会产生很强的主动寻找并确定伙伴的需求，虽然确定伙伴的标准较低，但由于企业自身实力最终达成一致的数量并不乐观，所以占据这一阶段大部分时间加入创新网络的网络主体数量增长较慢，图像斜率较小如图2（b）；创新网络发展阶段核心企业的资源整合能力、战略决策能力、研发能力、结网能力等等明显增强，不但实现了与企业、高校的合作，还形成了与政府、中介机构的合作，这一阶段加入创新网络的网络主体数量增长较快，图像斜率较大，如图2（c）；伙伴整合阶段核心企业的创新能力已经很强也很稳定，主动发展新的合作伙伴的需求逐渐降低，同时有能力对伙伴进行整合，所以加入创新网络的网络主体数量增长逐渐变缓，图像斜率较小，如图2（d）。

5.创新网络成熟。本阶段实验设计的100个企业在经过伙伴选择、确定、整合等一系列活动之后成为创新网络的最终主体，如图1（e）。此时加入创新网络的网络主体数量比例达到100%，如图2（e）。

事实上，在区域创新网络发展阶段的最后时点，创新网络已经达到稳定的状态和规模。在创新网络成熟阶段要继续保持或微调这种稳定的状态，直至有更大更好的创新机会或企业遭受不良冲击时才会产生大的变动。

四、模型验证

为了验证本文模拟仿真的准确合理性，能够辅助区域创新网络演化的研究，本文选取与以往研究成果比对的方法进行验证。

根据田钢（2010）对中关村海淀园创新网络演化的仿真研究，其成果具有一定的可靠性，因此，本文首先用该研究成果对模型进行检验[5]。按照中关村创新网络结构图的三个发展阶段，可以与本文模拟仿真的创新伙伴选择、创新网络发展、创新伙伴整合三个阶段相对应。将本文模拟仿真结果与对照研究成果进行比较，本文研究结果的主体分布及进入网络的速率等基本能与其相吻合，所以，本文认为这个结果从一定程度上说明了Giant component模型模拟仿真的准确性。另外，刘凤朝（2013）[6]、刘惠萍（2013）[7]等人的研究成果中对区域创新网络演化过程的阶段划分及创新网络主体在各阶段的行为和动态与本研究相吻合。

模拟仿真预测模型的仿真结果与现实创新网络一定会存在一些误差，但是作为一种模拟预测研究，仿真的演化趋势和过程分析能够与现实和以往研究基本吻合，就可以认为模拟仿真预测模型结果可靠。由以上分析，模拟仿真模型的结果与以往研究结果基本吻合，所以本文认为本模拟仿真预测结果可以用来辅助预测区域创新网络的演化趋势。

[1]Cowan R，N.Jonard，J.B.Zimmermann.Bilateral Collaboration and the Emergence of Innovation networks[J].Management Science，2005：53.

[2]王会龙，池仁勇.浙江产业集群创新网络跨区域重构研究[J].工业技术经济，2012（1）.

[3]王飞.生物医药创新网络演化机理研究——以上海张江为例[J].科研管理，2012（2）.

[4]于明洁.区域创新网络结构对区域创新效率的影响研究[J].科学学与科学技术管理，2013（8）.

[5]田钢.集群创新网络演化的动力模型及其仿真研究[J].科研管理，2010（1）.

[6]刘凤朝.区域创新网络结构、绩效及演化研究综述[J].管理学报，2013（1）.

[7]刘惠萍.区域创新网络关键运行机制的系统循环图设计[J].技术与创新管理，2012（1）.