区域协同创新网络结构的鲁棒性研究

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摘要： 文章运用复杂网络结构理论分析了区域协同创新网络的结构特征，文章以度分布、聚集系数和平均最短路径长度为变量进一步探究了结构变量对区域协同创新网络结构的鲁棒性影响。

Abstract： The article uses theory of complex network structure to analyze the structure characteristics of regional collaborative innovation network. It takes the degree distribution， aggregation coefficient and average shortest path length as the variables to further explore the robustness influence of structure variables on regional collaborative innovation network structure.

关键词： 协同创新；网络结构；鲁棒性；区域发展

Key words： collaborative innovation；network structure；robustness；regional development

中图分类号：F425 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）04-0081-03

0 引言

作为具有复杂网络系统一般特征的区域协同网络创新结构，其本身具有生产功能，对区域创新核心要素配置和运行效率起着重要影响作用，亦决定着区域协同创新的行为。可以说，区域协同创新网络结构并非一个静态的概念，它既是区域协同创新要素之间博弈的动态过程，也是区域协同网络结构各节点和链接互动的过程。文章通过对区域协同创新网络结构的内涵、特征及其组成要素进行探索。希望达到对区域协同创新网络结构的系统结构拓扑特征的描述，并以此为前提进一步研究协同创新网络结构的鲁棒性从而实现深入理解和评价区域协同创新的可持续发展能力，为区域协同创新的发展提供理论支撑和现实依据。

1 协同创新网络结构研究现状

我们认为区域协同创新网络结构是指区域内创新主体构成的网络节点之间产生的能够反映区域创新网络结构演化过程的各种正式和非正式的联系。作为创造竞争优势的新范式，区域协同创新网络具有其他形式无法比拟的群体竞争优势及协同整合效应。协同创新网络是各个节点进行资源共享的平台，作为创新主体的节点和链接基于创新的要求进行的彼此间交流和竞争使得创新主体间的相互影响逐渐强化。同时，由于创新自身所呈现出的非线性经营模式的特征，也使得协同创新网络结构呈现出开放性特点，反过来进一步促进了新的创新。特别是当区域中出现了新的和强有力的创新主体或者创新要素时，由于“溢出效应”的存在，创新将会通过网络结构中的相关节点和链接在整个区域协同网络中进行传递和反馈并形成震荡，在区域协同创新网络中形成“追赶效应”和“拉拨效应”。随着此种效应的扩散，区域协同创新网络各节点最终将共同成长及竞争力不断提升。

2 协同创新网络结构鲁棒性研究

随着区域发展要求的提升，协同创新网络也表现出多层次及复杂性，网络节点之间的关系也变得错综复杂，对区域创新网络结构整体的抗风险能力及可持续发展能力的要求也渐渐进入到人们的视野，研究中通常用鲁棒性进行衡量。

一般而言，鲁棒性有两个参量值，一是级联失效过程中的最大连通子团大小，该值越大，网络结构的鲁棒性就越好；二是渗流阈值。是指当网络结构中的故障节点达到一定比例时，网络完全破碎，此时就会发生由网络结构由有序到无序的转变，这一故障节点比例阈值就是渗流阈值。在对网络结构鲁棒性进行测量时，常用到的测量指标有网络结构的节点数、度分布、节点之间的路径长度、聚类系数等，如图1所示。

结构嵌入性分析一般从结构洞、网络密度、网络核心度、网络层次等角度研究网络结构中的竞争优势。Burt从信息冗余的角度指出处于结构洞中位置的组织具在网络具有更多的信息优势和控制优势。Albert和Barabasi中比较了ER随机图和BA无标度网络的连通性对节点去除的鲁棒性。江可申与田颖杰（2002）进行的实证研究，结果表明创新网络具有小世界特征。冯锋，张瑞青，闫威（2006）用小世界网络的特征路径长度和集团化系数对企业创新网络结构中节点间的交流频率和集聚程度进行测量，为研究创新网络结构的特征提供了数量分析基础。李守伟，钱省三，沈运红（2007）通过对IC产业网络的节点度分布和集聚系数进行了计算，结论说明产业网络是小世界网络。Wang D（2009）以物流网络为对象，从网络线路的冗余、供应流的分散性和网络节点间的路径研究了物流网络的鲁棒性。赵顺龙，张艳君（2010）用平均最短路径和聚集系数计算了技术联盟中的知识交流频率、交流集中度等知识转移网络中相关的统计参数，并对网络结构的建设及优化提出建议。庞俊亭，游达明（2012）认为创新网络结构具有无标度，研究结果强调了网络结构的核心节点在资源整合过程中的体现出的资源的吸收、加工、创新、输出的主导作用。李彬，季建华，陈娟孟等（2012）以供应链网络为对象进行研究，认为供应链网络具有小世界特性。

经上述研究可知：协同创新网络结构的鲁棒性是指网络结构中一些节点被随意或者蓄意去除后创新网络结构的连通性问题。如果节点被去除之后创新网络中大部分的节点仍然是连通的，称为该网络结构具有鲁棒性，反之则反是。对于区域协同创新网络结构的鲁棒性而言，如果在协同创新扩散的过程中，随机让某些节点不参与协同创新的过程，如果创新最终扩散的程度不会发生很大的变化，特别是当网络结构不连通时，网络能承受的抗干扰次数越多，说明该网络结构的鲁棒性越强。因此，协同创新网络结构的鲁棒性在一定程度上反映了区域内个创新节点对创新的敏感程度和吸收能力，节点效率越高，表明该节点越重要。

3 研究方法及结果阐释

在对实际数据进行计算过程中，由于所涉及到的数据信息量较大，基本计算过程都是依赖相关软件完成。通常的步骤是在对数据进行预处理之后，形成协同创新网络结构中各个节点之间的一一对应关系，在此基础上借用Matlab软件将这种关系转换成矩阵的形式，之后利用TXT和EXCEL导入到Uicnet软件中，通过Netdraw的功能对协同创新网络结构的特征进行计算并作出网络结构图。

在随机删除节点的过程中，本研究主要借用Matlab中的rand函数对节点进行取样，A=fix（N*rand（1，X）），据此可以得到A（1*X）这样一个随机矩阵，其元素组成为各个移除节点的编号。若矩阵A中有相同元素，则多次随机取样，其中N为原网络节点数，Z为移除节点数目，分别取节点总数的7%、14%、20%进行移除；在计算移除的节点时，采用最近整数法，即仿真试验中的节点数目取为所得数最接近整数，每一相同数目节点移除的工作进行5次，取五次的平均值进行分析。

在蓄意删除网络节点的过程中，本研究主要采用CB（Comprehensive Between-ness）攻击模式，即介数下的删除模式，具体步骤为先得出网络结构中各节点的介数表，对节点介数进行从高到低排序，然后依次选取高节点介数的节点进行移除。

4 研究结果及理论解释

本节主要是应用复杂网络分析软件及MATLAB对已建模的惠莞深区域协同创新网络进行拓扑结构特征分析。考虑反映网络的几个特征参数，即网络度分布、聚类系数、节点介数、平均路径长度。利用PAJEK中Net/Partitions/Degree菜单下的In/Out/All三个命令可分别对有向图的节点求其入度，出度和总的度。对于无向图，则只需用All-个命令即可。然后运用MATLAB进行数据统计处理，得到该网络的度分布，以及累计度分布。

根据表1节点度分布统计数据，应用MATLAB绘制度分布图如图2，累计度分布图如3。

按照表1和表2提供的数据，通过Matlab进行数据拟合处理后绘制出故障模拟各统计特征参数的变化曲线图如图4所示。

5 主要结论及政策启示

区域协同创新网络结构的鲁棒性对区域发展和创新推动至关重要。本研究借用复杂网络理论，试图从一个全新的角度对区域协同创新网络结构进行建模分析，并对区域协同网络结构的鲁棒性作了推导和研究。基于上述研究，可以得到下述结论：

区域协同创新网络发展到一定规模时，是一种无标度网络，并服从幂率分布，因此它具有小世界网络的统计特征，即区域创新网络结构中各节点之间的连接状况具有严重的不均匀分布性；而这种无标度网络对随意去除节点的行为具有极高的鲁棒性。为此，要提升区域协同创新网络结构的鲁棒性，可以通过改变网络结构的形成机制，加强网络维护，消除其无标度的特征，以达到提升其鲁棒性的目的。

另外，网络结构的鲁棒性在很大程度上也取决于各个节点和链接之间的交互数量，若个节点和链接具有良好的协同创造精神，能够充分发挥每个节点自身的主动精神和创新能力，尊重网络结构中每一个节点和链接的意见，无论在何种策略的干扰下，区域协同创新网络结构总能保持较高的鲁棒性。

参考文献：

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