合作创新行为演化博弈与仿真研究

周衍平 董世鑫 陈会英

摘要：基于不完全契约理论，以种业企业与科研单位合作创新为例构建演化博弈模型，运用Matlab软件仿真分析交易成本和风险支出等额外成本、剩余控制权收益、机会主义收益以及奖惩金额等参数对科企双方行为的影响。研究表明，机会主义收益和额外成本越大，合作双方积极性降低，越易产生机会主义行为；而提高奖惩金额以及剩余控制权收益能够使合作双方趋向积极合作。在此基础上，提出减少机会主义行为、提高合作创新积极性的政策建议，以期推动种业科企合作的健康发展。

关键词：合作创新；种业科企合作；机会主义行为；演化博弈；不完全契约理论

中图分类号：F324；F302文献标识码： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.03.001

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0引言

种业科企合作是指种业企业与高校及科研院所在相互信任的基础上，形成以企业为主体，市场需求为导向，利益共享、风险共担的现代种业发展模式。种业是高科技行业，加强育种创新、获取植物新品种是提升种业企业核心竞争力的关键[1]，而提高种业企业品种研发速度与质量的重要举措是推动科企合作[2]。国办发〔2013〕109号《国务院办公厅关于深化种业体制改革提高创新能力的意见》提出，支持科研院所和高等院校与企业开展合作研究，掀起了种业科企合作的热潮。《2020年推进现代种业发展工作要点》将全面构建市场导向、企业主体、产学研协同的中国特色种业创新体系作为工作重点，进一步推动种业科企合作。

科企合作研发植物新品种作为一项创新性较强的系统工程，育种创新特别是原始育种创新投资数额较大，研发周期长，往往具有较高的技术风险与市场风险[3]，科企合作双方未在契约中明确规定的交易成本以及风险支出等随着合作过程的不断深化推进而逐步增长；种质资源是科企合作选育新品种的基础材料，然而种质资源保护难度大，通过合作研发易被合作方收集、利用甚至占为己有以获取利益[4]；植物新品种是科企合作创新的主要成果，区别于一般企业的创新产品，其承载体是具有生命力的植物，受气候、土壤等自然因素影响大，且有些品种的产权外溢性大，持有者与经营者不易控制品种权以获得全部商业化绩效[5]；同时我国正处于科研专家育种向产学研联合育种、公益性育种向商业化育种的双重转型期，存有科研单位育种目标论文与科研成果导向和种业企业市场导向的矛盾[6]。因此，科企合作育种创新过程的管理及创新目标的实现有着极大的风险性，导致育种创新主体在合作研发新品种时其行为与决策具有不确定性。

1相关研究

由于人的有限理性、相关变量的“可观察但不可证实性”、交易成本过高等原因，合作成员之间很难拟定一份包含未来所有可能性的完全契约，不完全契约才是必然和经常存在的[7]。不完全契约理论是现代经济学和管理学的基礎，结合行为经济学研究不完全契约，已经成为学者们热衷的研究方向[8]。Hart等[9]作为不完全契约理论的奠基者之一，借助行为经济学解读不完全契约，提出了“参照点”理论。尹希果等[10]研究不完全契约条件下团队生产对农民和企业合作策略选择的影响。易海峰[11]基于研发外包契约的不完全性特征，通过建立模型分析决定事后敲竹杠行为是否发生以及发生后影响大小的关键因素。技术创新周期长，技术及市场不确定性高，而且合作成员之间的有限理性以及信息不对称等问题的存在，导致合作创新契约具有不完全性。因此，结合不完全契约理论研究合作创新行为具有更强的解释力。

Williamson[12]指出经济协约人的认知能力不足会影响人的抉择，协约人在签订和执行契约时会产生机会主义。由于契约的不完全性，合作创新过程中可能会产生技术窃取、“搭便车”“敲竹杠”等机会主义行为，机会主义行为的存在导致合作创新活动的风险和成本增加，妨碍伙伴间的知识共享与交换，使得合作研发难以实现预期目标[13]，避免合作研发中的机会主义行为是实现合作研发目标的重要保证[14]。因此，刘燕[15]认为如何低成本、高效率地防范契约关系中各种形式的机会主义行为，成为联盟中对合作成员进行激励与监督的出发点。Anderhub等[16]运用演化博弈理论对合作稳定性进行解析，探讨长期和短期合作下机会主义行为和互惠主义行为的演化。易余胤等[17]运用演化博弈理论对企业间合作研发过程中的机会主义行为进行演化分析，同时还研究了监督机制对防范机会主义行为的有效性。周杰等[18]则将时间成本作为影响行为选择的重要因素来研究竞合关系下企业协同创新机会主义行为演化博弈问题。在合作创新过程中，机会主义行为策略选择是影响合作稳定性的关键。

综上，本文基于不完全契约理论，以种业科企合作为例研究合作创新行为的演化。通过分析企业和科研单位之间的合作关系特征构建收益支付矩阵，进而构建演化博弈模型研究影响种业科企合作创新行为的因素以及合作创新的演化路径，为促进种业科企合作创新提出政策建议。

2演化博弈分析

2.1模型假设

为构建科学合理的科企合作育种创新系统，研究科企合作参与主体行为策略演化轨迹，本文做出如下基本假设：

（1）参与主体。种业科企合作创新的主要主体为种业企业（记为E）和科研单位（记为R，指高校和科研院所），两个参与主体均为有限理性，且存在信息不对称状况，通常经过多次博弈找到最优策略。

（2）合作策略。由于契约的不完全性，科研单位和种业企业在合作过程中会综合考虑自身收益、成本以及合作风险等问题选择行为策略，策略集合均为{积极合作，机会主义}。

（3）策略比例。假设在合作创新博弈过程中，企业选择积极合作的概率为x，则其选择机会主义的概率为1-x（0≤x≤1）；科研单位选择积极合作的概率为y，则其选择机会主义的概率为1-y（0≤y≤1）。

（4）合作收益。当企业和科研单位都积极合作时，双方合作成功并分别取得合作超额收益ΔVe、ΔVr；若合作双方都采取机会主义行为，各自获得基本收益Ve、Vr；合作中若某一方采取机会主义行为，获得机会主义收益，而积极合作方的合作收益受到损失，仅获得原有金额的比例为b（0

（5）合作成本。企业和科研单位作为育种创新的主要参与主体，必然会投入一定的人力、物力和财力，产生的成本分别为Ce、Cr。在种业科企合作创新阶段，会产生大量的交易成本以及风险支出等额外成本，假定企业和科研单位的额外成本分别为ΔCe、ΔCr。采取机会主义行为的合作者则不用付出相应的合作成本。

（6）奖惩机制。引入内部奖惩机制，假设任何的机会主义行为都会被发现并予以处理。存在机会主义行为的合作方受到的惩罚金额为P，所罚款金额归积极合作方所有，积极进行育种创新的参与主体获得的奖励金额为Q。

不失一般性，假设所有的参数均大于0。

2.2模型构建

基于以上假设，构建种业科企合作创新过程中企业和科研单位演化博弈模型的支付矩阵（表1）。

根据Friedman提出的雅克比矩阵局部稳定性分析方法，当局部平衡点同时满足行列式detJ > 0、迹trJ < 0两个条件时，该点才是系统演化稳定均衡点（ESS）。本文对种业企业与科研单位之间演化博弈的策略稳定性分析分以下4种情形。

上述各情形下的局部均衡点稳定性分析结果如表2所示。

本文构建种业科企合作创新演化系统的目的是使得参与博弈的企业与科研单位双方都能够选择积极合作策略，保持合作创新的稳定性，使系统收敛于演化稳定均衡解B（1，1），以避免机会主义行为发生。为研究影响其积极合作的因素，着重探讨情形3的情况，演化博弈双方的复制动态关系相位图如图1所示。

3演化仿真分析

为了更直观地分析在不完全契约视角下，上述参数对科企双方合作创新行为演化博弈结果的影响，本文以某一种业股份有限公司与某一科学院玉米研究中心签订的玉米新品种合作研发协议为例，运用Matlab2016a软件进行重复博弈仿真模拟。考虑到育种创新周期长、投资数额大、遗传资源保护难度大、风险高等特点，同时为满足情形3的基本条件，对模型中的参数进行初始赋值。为便于研究，将成本、收益等金额进行等比例换算，参数赋值为：ΔVe=5，ΔVr=2，Ce=2，Cr=0.8，ΔCe=ΔCr=0.5，Le=1，Lr=0.5，W=0.2，P=0.6，Q=0.1，b=0.1。将上述值带入x*，y*表达式得鞍点M（2/11，11/35），鞍点M将OABC区域划分成两个区域，在每个区域内分散地选取3个点进行仿真，博弈双方策略随时间变化的动态演化过程如图2所示。

由图2可知，演化结果对初始状态具有依赖性，根据刘新民等[20]学者博弈分析中对系统初值的设定方法，将系统演化的初始值分别取0.2（积极合作意愿较低）、0.5（积极合作意愿中等）、0.8（积极合作意愿较高）来研究演化策略选择。受篇幅影响，本文仅选取额外成本ΔCe和ΔCr、积极合作获得的奖励Q、机会主义受到的处罚P、机会主义方获得的机会主义收益Le和Lr以及拥有剩余控制权所获收益W来研究参数变化对企业与科学院行为策略选择的影响，以便提供有针对性的政策建议。接下来对各参数进行仿真分析并加以讨论。

3.1奖惩金额对演化结果影响

本文在設置内部奖惩机制的情形下，研究该企业和科学院合作创新行为演化博弈结果。因此，将奖励和处罚金额之和作为奖惩金额进行统一研究，初始赋值P + Q=0.7，分别再取大于和小于奖惩金额的参数值0.2，1。在其他参数一定的情况下，x与y的不同初始值情况下演化结果如图3所示。

从图3可以看出，企业和科学院积极合作意愿初始值较高时，演化结果都趋向于积极合作，且奖惩金额的增加提升了科企双方向积极合作方向演化的速度。当企业和科学院积极合作意愿初始值中等或较低时，奖惩金额大于某一临界值，企业和科学院的演化结果为积极合作，奖惩金额小于某一临界值，企业和科学院的演化结果为采取机会主义行为，该临界值位于0.2～0.7之间，即随着奖惩金额的降低，科企双方的育种创新行为策略选择逐渐由积极合作转变为机会主义。这是由于在科企双方达成契约后，较高的奖惩金额能够增大机会主义方的违约成本，促进科企双方积极合作；而奖惩金额较低时，违约成本较低，相较于采取积极合作策略，合作者采取机会主义策略能够获得更高的利益。由此可知，设立奖惩机制能够抑制合作双方采取机会主义策略，对稳定种业科企合作创新起到积极作用，奖惩金额越高，遏制机会主义行为的产生越有效。

3.2机会主义收益对演化结果影响

为研究新品种研发过程中机会主义收益对该企业与科学院合作创新行为的影响，在其他参数不变的情况下，分别再取大于和小于机会主义收益的参数值，设Le= 0.5，Le= 3，Lr= 0.2，Lr= 1，x与y的不同初始值情况下演化结果如图4所示。

从图4可以看出，当企业和科学院积极合作意愿初始值中等或较高时，演化结果都趋向于积极合作，但随着Le、Lr取值的增大，双方趋向于积极合作的演化速度不断降低。当企业和科学院积极合作意愿初始值较低时，同样随着Le、Lr取值的增大，选择积极合作策略的演化速度不断下降；特别地，在Le=3，Lr=1时，企业与科学院行为策略的演化方向為采取机会主义，x，y最终收敛于0。这说明当机会主义收益较低时，企业与科学院综合考虑自身利益并不会采取机会主义行为，相反，当机会主义收益高于某个临界值时，将会选择机会主义策略。这是由于在种业科企合作创新中，企业或科研单位可能会窃取种质资源与关键技术，通过“搭便车”坐享其成，或通过“敲竹杠”索取利益，通过上述行为获取的收益越大，越会诱惑其采取机会主义行为，从而获得更大收益。因此，机会主义收益的高低影响种业科企合作创新主体行为的演化方向及演化速度：过高的机会主义收益会导致机会主义行为的发生，影响合作的积极性。

3.3额外成本对演化结果影响

对于交易成本以及风险支出等所构成的额外成本，在其他参数不变的情况下，分别取值0.2，0.5，1，在x与y的不同初始值情况下演化结果如图5所示。

从图5可以看出，在仿真数值中，企业不论积极合作意愿初始值高低，最终演化结果都为积极合作，且随着额外成本的增大，趋于稳定的速度降低。科学院积极合作意愿初始值中等或较高时，最终演化结果都为积极合作，在额外成本ΔCr=1时，积极合作意愿会有一段小幅度的下降，但最终平衡点趋于（1，1）；科学院积极合作意愿初始值较低时，额外成本高于某一临界值，演化结果为采取机会主义策略，也就是说，在额外成本较大时，科学院承担能力相对较低，更易产生机会主义行为。由此可知风险支出与交易成本影响科企双方育种创新项目的进行，这是由于契约是不完全的，难免要付出在契约中没有规定的额外成本。额外成本越大，企业或科研单位相应的净收益越少，从而间接损害其利益，因此合作方可能采取某些机会主义行为来弥补收益或减少损失。可见较高的额外成本会导致机会主义的产生，额外成本越大，越容易采取机会主义策略。

3.4剩余控制权收益对演化结果影响

提高代理人分享的剩余利益有利于降低专用性人力资本“敲竹杠”的概率[21]，为研究剩余控制权收益对该企业与科学院合作创新行为的影响，在其他参数不变的情况下，剩余控制权收益分别取值0.1，0.2，0.5，在x与y的不同初始值情况下演化结果如图6所示。

图6仿真结果同图5相似，企业不论积极合作意愿初始值高低，最终演化结果都为积极合作，且随着剩余控制权收益的增大，趋于稳定的速度越快。科学院积极合作意愿初始值中等或较高时，最终演化结果都为积极合作，剩余控制权收益大小对演化速度与方向影响较小；科学院积极合作意愿初始值较低时，剩余控制权收益低于某一临界值，演化结果为采取机会主义策略，该临界值位于0.1～0.2之间。根据仿真结果可知，在育种创新过程中，掌握剩余控制权所获得的额外收益高低对合作双方的策略选择产生影响。这是因为剩余控制权作为合作育种创新过程中的重要决策权，控制权收益对于剩余控制权的拥有者具有一定的激励作用。根据上文假定，机会主义行为方不能获得剩余控制权收益，故本文仅指能够监管和约束的确定性控制权收益，如科企合作项目资金的使用、获取的市场信息等。由上述分析可知，其他变量一定，拥有控制权收益的一方更有可能采取积极合作策略，说明拥有剩余控制权能够降低企业或科研单位采取机会主义行为的可能性，剩余控制权获得的收益越大，越会采取积极合作策略。

4结论及建议

不完全契约视角下，种业科企合作是由企业和科研单位互动博弈的动态过程。合作过程中，科企双方的机会主义收益、奖惩金额、额外成本以及剩余控制权收益等都是影响合作创新的重要因素。机会主义收益和额外成本越大，越易致使合作双方产生机会主义行为，而奖惩金额以及剩余控制权收益能够抑制机会主义行为，数值越大，合作双方越趋向于采取积极合作行为。

为了提高种业科企合作稳定性，需要采取针对性策略减少机会主义行为，促进双方积极合作。依据研究结论，本文提出以下政策建议：

第一，通过政策引导，建立奖惩机制。在我国种业自主创新能力有待提升、科研院所与企业合作紧密度不够的情形下，需要健全管理体制，加强内部奖惩机制，将对企业和科研单位积极合作进行奖励以及对机会主义行为进行处罚作为激励科企双方积极合作的政策措施，从而提高合作积极性，保证科企双方紧密、稳定合作。

第二，引导企业和科研单位提高种质资源保护意识，减少机会主义行为方的机会主义收益。种质资源是保障国家粮食安全与重要农产品供给的战略性资源，是农业科技原始创新与现代种业发展的物质基础。近年来，我国种质资源保护与利用工作取得积极成效，但仍存在丧失风险加大、保护责任主体不清等问题。促进种质资源创新，需要种业科企联合攻关。提高种质资源保护意识和措施，避免机会主义行为方在合作育种过程中通过技术窃取获得机会主义收益，从而直接损害积极合作方的利益，影响合作创新积极性。建立种业科企合作信任机制，选择合适的合作伙伴也是降低机会主义收益的有效措施。

第三，建立风险防范机制，减少额外成本支出，为双方提供良好的合作环境。种业科企合作是企业提高科研水平、提升竞争力的重要支撑。种业企业不但要做好自然灾害方面的风险防范，也需强化市场管控，规避市场风险。科研单位要防范育种研发技术风险，以市场需求为导向，在研发上下功夫，培育出满足市场多样性需求的品种。

第四，增强育种创新参与者的主体意识。科企合作不仅是企业的需要，也是科研院所科技创新的需要。科企合作机制存在科研机构决策机制较为缓慢，有领导职务科学家的制度限制等问题，为提高育种创新的合作积极性，应适度扩大科研单位享有的权利及利益，提高创新活力，从而形成育种研发创新命运共同体，建立健全以企业为主体的育种创新体系。

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An Evolutionary Game and Simulation Study on Behavior of Collaborative Innovation： A Case of Collaboration Between Scientific Research Institutions and Enterprises

ZHOU Yanping，DONG Shixin，CHEN Huiying（College of Economics and Management， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590， China）

Abstract： Based on the incomplete contract theory， the evolutionary game model of the breeding cooperation between the enterprises and the scientific research institutions is constructed and the Matlab software is applied in this paper. It is simulated and analyzed in this paper that what influence the additional costs of transaction costs and risk expenditures， benefits of residual control rights， opportunistic benefits， and parameters of reward and punishment make on breeding innovation of cooperation participants. It is shown in the study that the greater the opportunistic benefits and additional costs are， the lower the enthusiasm of the partners is and the more likely it is to conduct opportunistic behavior， while it is useful to increase the amounts of rewards and punishment and the benefits of residual control rights for more active cooperation between the two parties. On this basis， policy suggestions are proposed to improve the enthusiasm for cooperation and reduce opportunistic behaviors， with a view to promoting the healthy development of cooperation between scientific research institutions and enterprises in the seed industry.

Keywords： collaborative innovation； collaboration between scientific research institutions and enterprises； opportunistic behavior；the evolutionary game；the incomplete contract theory