区域性物流园区竞合策略的演化博弈分析.pdf

第 卷 第 期运 筹 与 管 理 ， 年 月 收稿日期：- - 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（- - ）；四川省软科学研究计划项目（）；四川省学术和技术 带头人培养资金资助项目（川财社 号）；成都社会科学学术年会重大招标课题（- ） 作者简介：欧江涛（- ），男，江苏赣榆人，硕士研究生，研究方向：物流系统优化与管理；马祖军（- ），男，浙江开化人，教授，博士 生导师，研究方向：物流与供应链管理、应急管理。 区域性物流园区竞合策略的演化博弈分析 欧江涛， 马祖军 （西南交通大学 经济管理学院物流与应急管理研究所，四川 成都 ） 摘 要：针对我国物流园区发展现状，探讨了区域性物流园区之间的竞合策略。 建立了区域性物流园区竞合策 略的演化博弈模型，据此分析了物流园区间竞争合作关系演变发展的趋势。 研究表明，区域性物流园区之间长 期竞争合作演化的结果是完全竞争或完全合作；在一定条件下，物流园区竞合策略选择的动态演化过程收敛于 哪一个均衡点受到博弈发生的初始状态的影响，演化的路径和最终状态与转化能力、风险水平以及资源水平密 切相关。 关键词：物流园区；竞争合作；演化博弈；资源共享 中图分类号： 文章标识码： 文章编号：- （）- - doi： Evolutionary Game Analysis of Competition and Cooperation Strategy among Regional Logistics Parks - ， - （Institute for Logistics and Emergency Management， School of Economics and Management， Southwest Jiaotong University， Chengdu ， China） Abstract： ， - ， ， ， - ， - - ， ， - - ， ， ， Key words： ； ； ； 引言 物流园区是物流体系中重要的组织节点，是物 流业发展到一定阶段所产生的先进管理模式。 物 流园区对于促进物流业技术与服务的升级，改善物 流运营环境，加快物流企业成长，推动第三方物流 的发展，整合现有物流资源，缓解城市交通压力和 改善生态环境等方面发挥着重要的作用 。 世界上最早的物流园区出现于 年的日本 东京，随后在欧美等发达国家得到快速发展。 我国 的物流园区建设起步于 年左右，之后全国各 级地方政府积极推进物流园区规划和建设，全国物 流园区数量稳步增长，物流业呈现集聚发展态势。 据中国物流与采购联合会第三次全国物流园区调 查报告 ， 年全国共有各类物流园区 个， 其中已经运营的 个，在建和规划中的分别为 个和 个。 但从总体来看，目前我国物流业发展水平还比 较低，物流园区在规划、建设、运营、管理以及政策 方面还存在一些问题，如建设发展有待规范、设施 能力有待提高、服务功能有待提升、经营管理体制 有待健全、政策扶持体系有待完善。 特别是，由于 缺乏统一规划和管理，不少物流园区的定位不合 理，且往往各自为政，园区间条块分割严重，缺乏整 合与协同；一些地方脱离实际需求，盲目建设物流 园区，片面追求占地面积和投资规模，圈地获利倾 向明显 ；物流园区重复建设、规模过大、空置率 过高，导致资源浪费严重。 为此， 年 月 日国家发展改革委等 个部委联合发布了枟全国 物流园区发展规划枠 ，强调要科学规划、合理布 局物流园区，推动物流园区资源整合，以提高设施、 土地等资源利用效率。 而整合区域物流资源的关 键是要推动物流基础设施资源和信息资源的相互 开放和共享，实现各类物流资源要素的有效流动和 优化配置 。 当物流园区面对的是共同的经济腹地和客户 群时就形成了物流园区网络。 物流园区网络内各 园区之间存在着竞争 合作的关系。 目前国内已有 少量文献对物流园区之间的竞合问题进行了探讨， 如孙宝凤等 考虑了物流园区间的竞争关系以及 客户对物流园区的选择需求，提出了融合断裂点模 型和哈夫概率模型的物流园区服务范围的分步确 定方法。 鞠颂东和吴文征 采用非合作博弈中的 静态分析方法揭示了完全市场竞争条件下，我国物 流园区在发展中“理性博弈”所产生的效果，即在 没有引入外在有效约束力的条件下进行简化分析， 非合作博弈强调个体理性个体最优决策，其结果有 可能是无效的。 汪燕 以武汉城市圈区域经济发 展为背景，利用协同学研究城市圈港口物流园区的 协同发展，并提出了港口物流园区的协同模式与方 法。 郭琴等 以系统论和物流网络为指导，运用 协同学原理以及复合权重方法，将物流网络协同置 于组织、信息和业务的三维角度，提出了基于复合 信息熵权的多式联运型物流网络协同度模型。 目前国外文献的研究成果多集中于物流园区 选址和规模确定、物流网络设计和优化等方面，研 究成果较为成熟。 如 等以降低总的进出运 输成本和物流中心建设成本为目标，考虑了一个集 成物 流 中 心 二 维 选 址 和 规 模 决 策 问 题 。 和 对物流节点采用双层规划模 型来确定物流园区的规模和选址问题，其上层规划 模型为干线运输费用与市内配送费用的总和最小， 下层模型考虑路网中的交通状况，并用遗传算法对 模型进行求解 。 等考虑在降低成本和 满足需求的条件下的物流配送中心选址问题，针对 制造商、分销中心和客户组成的三级供应链，探讨 模糊环境下的不确定模型，并用数值例子来说明了 该模型的有效性 。 通过对案例的分析，提 出了在敏捷供应链下物流中心的设计与运作的理 论框架 。 对物流园区功能定位的研究，如 - 和 通过对以往成果的大量研究， 系统地阐述了物流中心的货物集配、交叉转运、流 通加工、逆向运输等功能 。 相对而言，国外学者 在物流园区的发展战略、经营运作过程中存在的问 题以及政府行为等定性方面的研究涉及较少，对物 流园区的竞合战略及互动关系研究则更是少见。 现有研究对区域性物流园区的协调发展有一 定的参考作用，但都以静态博弈和博弈方具有完全 理性为基础。 然而，现实决策中人们的理性局限是 非常明显的，且区域性物流园区之间的竞争、合作 或竞争合作并存的关系是经过长期的演变而形 成的。 因此，该问题更适合采用演化博弈（- ）理论进行分析，因为演化博弈理论的 主要目的就是要找到以有限理性为基础且现实性 较强的 均衡，它强调的是博弈的动态调整 过程。 为此，本文针对同一区域内的多个物流园区在 复杂环境中的竞争合作问题，建立了区域性物流园 区竞合策略的演化博弈模型，据此分析了物流园区 之间的演化博弈过程，从而揭示了物流园区之间竞 争合作关系演化的客观规律，对促进物流园区健康 有序发展有重要的参考价值。 物流园区竞合策略的演化博弈模型 演化博弈论是把博弈理论分析和动态演化过 程分析相结合的一种理论。 演化博弈以有限理性 为基础，其研究的对象是一个群体，而不是单个行 为个体的效应分析 。 演化博弈的基本思路是： 在具有一定规模的博弈群体中，博弈方进行着反复 的博弈活动，由于有限理性，博弈方不可能在每一 次博弈中都能找到最优的均衡点，于是，他的最佳 策略就是模仿和改进过去自己和别人的最有利策 第 期 欧江涛，等： 区域性物流园区竞合策略的演化博弈分析 略，这一过程为“复制动态过程” （ - ），它描述的是某一策略在一个群体中被采 用的频数或频度的动态微分方程。 通过这个长期 的模仿和改进，所有博弈方会趋于某个稳定的策 略，这个稳定的策略为“演化稳定策略”（- ，），它描述的是一个群体抵 抗变异策略侵入的稳定状态，能够反映出动态系统 的局部稳定性。 对某个系统来说，当它的所有个体 都采取演化稳定策略时，那么采用其他策略的个体 将无法侵入这个系统，也就是说它将在自然选择的 压力下改变策略或退出系统。 1 1 模型假设 物流园区之间的竞争合作主要取决于各类物 流资源的共享与否。 考察某一特定区域内 n 个物 流园区，假设 pi（i ，n）为第 i 个园区的收 益系数，表示园区 i 对自有资源的利用能力；ai表 示园区 i 所拥有的资源；ri表示园区 i 对其他园区 共享资源的转化能力，例如 ra，ra分别为当园 区 和 选择资源共享时所得到的超额收益；li为 风险系数，表示园区 i 采取共享策略时带来的风险 水平，liai为园区 i 采取共享资源策略时所付出的 超额成本；ci为园区 i 的固定成本。 则物流园区 i 的收益函数为： i （pi li）ai n j ，ji riaj ci（） 式（）博弈的收益函数与捕鹿博弈模型相似。 捕鹿博弈是一个介于“囚徒困境”和协调博弈之间 的博弈。 其基本含义是当猎手们捕鹿时都能单独 捕到鹿，但是他们一起合作捕鹿时可能会捕到更多 的鹿，而捕手们也会因合作捕鹿承担一定的风险。 在式（）中，当园区 i 选择共享资源时，liai ，此 时无论其他园区资源共享与否，i 园区都将因为开 放共享了自身资源而付出超额成本；而当园区 i 选 择不共享资源时，liai ， n j ，ji riaj ，此时 i 园 区没有超额成本，根据捕鹿博弈的思想，此时它也 享受不到其他园区共享的资源。 现假设服务于同一市场有两个物流园区，分别 为园区 和园区 ，且两者具有相互的完全信息。 在不存在主从关系的情况下，两园区同时分别做出 决策，此时存在四种策略组合，即共享 共享、共享 不共享、不共享 共享和不共享 不共享。 在一 般情况下，园区 和园区 都采取资源共享策略时 所获得的超额收益大于其超额成本，即 ra la， ra la。 根据式（）及捕鹿博弈的思想建立物 流园区资源共享博弈的得益矩阵，如表 所示。 表1 博弈双方得益矩阵 物流园区 物流园区 策略 资源共享资源不共享 策 略 资源共享 （p l）arac， （pl）a rac P （pl）a c， pac 洓 资源不共享 pa c， （pl）a c 哌 pa c， pac 根据物流园区 和 的得益矩阵，若 cc， 即两园区的固定成本相等，则构成一个对称的二人 博弈得益矩阵；若 cc，则上述得益矩阵是一个 非对称二人博弈得益矩阵。 因此，下面仅考虑两类 具有相同参数但固定成本不同的物流园区（群）。 不失一般性，设物流园区（群）I 的成本较高，物流 园区（群）II 成本较低，即 c c。 1 2 演化博弈模型 假设物流园区（群）I 选择共享资源的园区数 量比例为 x，那么物流园区（群）I 选择不共享资源 的园区数量比例为 x；物流园区（群）II 选择共 享资源的园区数量比例为 y，那么物流园区（群）II 选择不共享资源的园区数量比例为 y，则 物流园区（群）I 选择共享资源的园区的收益 为： u s （p l）a ra cy （p l）a c（ y） （） 物流园区（群）I 选择不共享资源的园区的收 益为： u n （pa c）y （pa c）（ y） pa c （） 则物流园区（群）I 的平均收益为： 珔u xu s （ x）u n pa x（ray la） c （） 同理，物流园区（群）II 的平均收益为： 珔u yu s （ y）u n pa y（rax la） c （） 分别构造以固定成本c、c选择策略的园区的 复制动态方程： F（x） x t x（u s 珔 u） rax（ x）（l a ra y） （） G（y） y t y（u s 珔 u） ray（ y）（l a ra x） （） 对式（）进行分析，当 y la ra 时，F（x）恒为零，所 有 x 都是稳定状态；当 yl a ra 时，x 和 x 是 运 筹 与 管 理 年第 卷 稳定状态，其中 y la ra 时，F （） ，F （） ， x 是 ，y la ra时，F （） ，F （） ，x 是 。 同理，由式（）分析得出：当 x la ra 时，G（y） 恒为零，所有 y 都是稳定状态；当 xl a ra 时，y 和 y 是稳定状态，其中 x la ra时，G （） ，G （） ，y 是 ，x la ra 时，G （） ，G （） ，y 是 。 根据上述分析，该动态演化博弈系统中有五个 局部均衡点，即（，），（，），（ la ra ，l a ra ），（，） 和（，），如图 所示。 在 ra la，ra la条 件下，点（，）和（，）是 ，点（，）和（，）是 不稳定点，而点（ la ra ，l a ra）是鞍点。 系统演化路径 为从不稳定状态向稳定状态过渡，或从不稳定点向 鞍点过渡，最终到达稳定点。 在此系统中，当系统 处于不稳定点（，）时，即成本较高的物流园区均 不共享资源，而成本较低的园区选择共享资源，此 时演化路径有两种可能：一种为从点（，）逐渐收 敛于稳定点（，），即所有园区都不共享资源，可 解释为成本较低园区共享资源时超额成本过高而 又无法利用其他园区资源时，其最佳选择即是逐渐 封闭资源，不再共享；另一种是从点（，）逐渐收 敛于稳定点（，），此时可解释为成本较高的物流 园区发现共享资源有利可图，因此逐渐放开资源， 共同获利。 同样，当系统处于不稳定点（，）时， 最终也会收敛于（，）和（，）。 而当初始状态 x，y 即系统中两类物流园区都有部分选择共 享资源时，系统演化路径为从该初始状态逐渐过渡 到鞍点（ la ra， la ra ），最终收敛于稳定状态（，）或 （，）。 通过上述分析，可作出如图 所示的物流园区 资源共享策略的动态演化相图。 图中，A 和 C 及鞍 点 B 连成的折线为系统收敛于不同状态的临界 线，在折线的右上方（ADCB 部分），系统将收敛于 D，即完全共享资源，在折线的左下方（AOCB 部 分），系统将收敛于 O，即完全的资源不共享。 图 ra la，ra la时的演化过程 模型分析 2 1 参数影响分析 由上述演化博弈模型可知，该演化博弈的长期 均衡可能是完全的资源共享（，），也可能是完全 的资源不共享（，）。 演化的路径和状态与得益 矩阵以及初始状态密切相关，如初始情况落在 AOCB 区域时，最终会收敛到 O（，），而初始情况 落在 ADCB 区域时，最终会收敛到 D（，）。 因此， 在博弈过程中，构成博弈双方得益函数的某些参数 的初始值及其变化将导致演化博弈向着不同的均 衡点收敛。 下面分别讨论几个参数变化对系统演 化过程的影响。 （）资源转化能力 ri。 由图 可知，当物流园 区对其他园区资源的利用能力越大时，ADCB 部分 的面积就越大，此时系统收敛于均衡点 D（，）的 概率将越大，即物流园区 I 和 II 都采取资源共享策 略的概率也越大。 因此，要求物流园区应注重对其 他园区共享的资源的转化能力，以保证自身利润的 有效增长，并有利于园区间长期的合作关系的建立 和维护。 （）风险系数 l。 由图 可知，当风险系数越 高时，AOCB 部分的面积就越大，此时演化系统收 敛于 O（，）的概率就越大，即物流园区 I 和 II 选 择不共享资源策略的概率也越大。 因此，在现实中 要求物流园区之间相互信任，最好彼此间能形成正 式的合作或联盟关系，每个园区都愿意把自身的基 础设施和信息等共享出来，降低因共享资源带来的 风险。 （）资源水平 a。 考虑当物流园区 I 和 II 所拥 有的资源水平差距较大时，不妨设 a远大于 a，即 a川川a，此时四边形 AOCB 的面积 S （ la ra 第 期 欧江涛，等： 区域性物流园区竞合策略的演化博弈分析 la ra），令 t a a ，则s t （ l r l r t ） 。 因此， 当 t 充分大时，AOCB 的面积就越大，系统收敛于 O （，）的概率就越大，即物流园区 和 都采取资源 不共享策略的可能性越大；而当两物流园区所拥有 的资源水平差距较小时，四边形 ADCB 的面积就越 大，系统收敛于 D（，）的概率就越大，即物流园区 和 都采取资源共享策略的可能性越大。 2 2 扩展分析 上述演化博弈模型的建立和分析都是考虑物 流园区采取共享策略时所获得的超额收益大于其 超额成本，即在 ra la，ra la的条件下进 行的。 然而，也存在一些特殊情况，例如物流园区 对其他园区资源的转化能力过低，风险系数过高， 或园区间的资源水平差异过大等，都会导致采取共 享策略时所获得的超额收益小于其因共享而多出 的额外成本，下面分别考虑三种特殊情况下动态演 化过程的变化。 （）当 rala，rala时，即所有园区 的超额收益都小于其超额成本，此时 y尘 la ra，x 尘 la ra。 对橙y，x 和 x 是稳定状 态，又因为 F （） ，F （） ，所以 x 是 ；对橙x，y 和 y 是稳定状态，又 因为 G （） ，G （） ，所以 y 是 。 因 此，O（，）是 ，A（，）和 C（，）是鞍点，D （，）是不稳定点。 即在此系统中，所有园区因共 享资源所获得的超额成本过高而收益较小，出于利 益最大化，它们的最佳选择是逐渐封闭资源，减少 成本，因而系统的演化稳定策略是各物流园区都选 择不共享资源。 图 描述了该情况下物流园区策 略选择的动态演化过程，无论从何种初始状态出 发，该系统都将收敛到 O（，）。 图 ra la，ra la时的演化过程 （）当 ra la，ra la，时，即物流园区 I 的超额收益小于其超额成本，园区 II 的超额收益 大于其超额成本，此时 y尘 la ra， la ra 。 对橙y ，x 和 x 是稳定状态，又有 F （） ，F （） ，所以 x 是 。 对 x 进行分析，当 x la ra时，G（y）恒为零，所有 y 都是稳定状态；当 x l a ra时，y 和 y 是稳定状态，其中 x la ra 时，G （） ，G （） ，y 是 ；x la ra 时， G （） ，G （） ，y 是 。 因此，点 O（， ）是 ，C（，）和 D（，）是鞍点，A（，）是不 稳定点。 即在此系统中，如果共享资源，物流园区 的超额成本会远远大于其所能得到的超额收益， 因此出于自身利益，其最优选择为不共享资源；而 物流园区 的超额收益大于其超额成本，选择共 享资源对其有利，但当园区 资源不共享时，园区 单方面选择共享资源非但得不到超额收益，反而 会额外增加因资源共享而带来的成本，因此园区 的最优选择也是不共享资源。 即此时的系统演化 稳定策略是各物流园区都选择不共享资源。 图 描述了这种情况下物流园区策略选择的动态演化 过程，从任何初始状态出发，该系统都将收敛到点 O（，）。 图 ra la，ra la时的演化过程 （）当 ra la，ra la时，分析过程与上 述（）类似，此时点 O（，）是 ，A（，）和 D（， ）是鞍点，C（，）是不稳定点。 即在此系统中，如 果共享资源，物流园区 的超额成本大于超额收益， 因此其最优选择为不共享资源；而物流园区 的超 额收益大于其超额成本，选择共享资源有利可图，但 当园区 选择不共享资源时，园区 自身得不到超 额收益，反而增加了成本，因此园区 I 最终也会选择 不共享资源。 即此时的系统演化稳定策略也是各物 流园区都选择不共享资源。 图 描述了这种情况下 园区策略选择的动态演化过程，从任何初始状态出 发，该系统都将收敛到点 O（，）。 运 筹 与 管 理 年第 卷 图 ra la，ra la时的演化过程 通过对以上三种特殊情况的分析可知，仅当物 流园区 和 的超额收益都大于其本身超额成本 的情况下，所有物流园区都将采取资源共享策略， 只要任何一方的超额收益小于其超额成本，那么最 终所有物流园区都将采取资源不共享策略。 由此 可见，对物流园区来说，降低因资源开放和共享带 来的风险系数与成本，提高园区对其他园区资源的 转化能力，不仅有利于自身的健康发展，同时对区 域内物流园区集群的整体竞争力和提高区域物流 水平有积极的促进作用。 结束语 现阶段我国物流园区的发展还不是很成熟，相 关的理论研究落后于实践发展，园区之间也缺乏良 性的互动与合作。 本文运用演化博弈理论分析了 物流园区之间的资源共享策略，研究结果表明物流 园区之间是否采用资源共享策略，其目的都是为了 达到利益的最大化，而从长期来看合作与竞争策略 是共存的。 另外，对物流园区来说，如何降低资源 开放和共享的风险系数与成本，提