厂商创新与仿冒为的演化-代人基模型模拟与分析

經濟與管理論叢(JournalofEconomicsandManagement),2005,Vol.1,No.2,143-162廠商創新與仿冒行為的演化-代理人基模型模擬與分析陳樹衡．張嘉玲*本文採取演化性計算(evolutionarycomputation)中的遺傳演算法(geneticalgorithm，GA)作為架構代理人基計算經濟(agent-basedcomputationaleconomics，ACE)模型的工具。藉由參數值調整進行不同實驗，模擬廠商的創新與仿冒行為。在總體面的分析中，本文針對創新與仿冒文化形成的原因、產業別間研發屬性的差異、創新，獨占與福利間的關係、市場中研發廠商與仿冒廠商家數的穩定性等議題加以探討，以了解不同市場條件設定下所演化出的豐富社會現象及其對經濟動態過程之影響。此外本文也由個體面的角度研究領導廠商的成功因素，並對轉型廠商稟賦及策略加以追蹤，討論蛙跳(leapfrogging)的可能性與發生條件。關鍵詞：複雜適應系統、遺傳演算法、代理人基計算經濟學、創新、仿冒1前言在知識經濟的時代裏，廠商必須在創新及冒險中尋求發展。廠商為了應付永無此境的科技變革，必須持續的創新，就彷彿攀登沿山丘而下的泥流，必須保持在其之上，只要廠商停頓下來，稍作休息，就會慘遭沒頂，這就是所謂的「科技泥流假說」(technologymudslidehypothesis)。市場中有廠商進行創新，就會使得某些廠商產生仿冒誘因，兩者之間存在密不可分的交互影響。因此，究竟什麼樣的社會條件或商品特性會助長仿冒文化的風行？當廠商創新成功時是否容易成為獨占者？消費者會因而獲利？如果說新技術的開發與應用是經濟成長投稿日：2005年1月4日，修訂：2005年3月1日，接受日：2005年3月7日。*作者分別為政治大學經濟學系教授、政治大學經濟系博士班學生。陳樹衡．張嘉玲144的原動力，那麼長期之下仿冒者必然存在不利生存的隱憂，假使仿冒者選擇轉型成研發者是不是就能夠超越原先的領導廠商成為市場中的新巨頭？隨著時間經過市場上領導廠商的地位是會越來越穩固或者會被其他競爭者取代發生蛙跳(leapfrogging)1的現象？為了回答上述問題，本文以遺傳演算法(GA)建構了一個同時存在研發廠商及仿冒廠商相互競爭的代理人基計算經濟(ACE)模型，不但能從模擬的角度出發探討上述議題，也提供往後的研究者一個模擬平台。此模型下的人工異質廠商透過遺傳運算元的運作，演化廠商的資源配置策略，並且允許這些虛擬的人工廠商為適應市場生存壓力而選擇轉型，希望透過模擬，觀察體系中異質人工廠商的互動、學習與適應行為以及其所演化出的社會現象，並由經濟體系演化的動態過程中找尋規律性。2文獻回顧Pepall(1997)以研發兩階段賽局模型，研究廠商的創新及仿冒行為。廠商必須在第一階段決定研發的投入水準，第二階段決定最終財的產出水準。假設市場上有兩個廠商，進行兩階段非合作賽局，先進入市場的廠商1為創新者，而後進入市場的廠商2因可節省成本，故有誘因從事模仿，最後兩廠的所得分配會呈現齊一(homogeneous)現象。就福利效果來說，當專利權政策存在時，廠商的利潤較高，因此創新較易發生，但若沒有採取相關政策來抑制模仿，則廠商的創新意願低落，將使整體社會福利最小。Brezisetal.(1993)的蛙跳模型說明了技術落後國要取代技術領先國，成為市場中的新霸主必需滿足研發者和仿冒者間的工資差異大、新舊技術可被拿來比較、舊技術的經驗對於新技術的開發沒有助益、新技術“最後”要能提供技術進步比舊技術多的可能等條件。BarroandSala-i-Martin(1995)將Lucas的技術外溢模型予以擴充，探討研發國與仿冒國的經濟成長。當模型假定仿冒者模仿研發者研發產品種類越多，則其需要花費越高的仿冒成本，且若仿冒者最終的仿冒成本，高於自行研發的成本(即仿冒國的最終財貨生產技術與可供使用的勞動力都高於研發國很多時)，則兩國會產生角色的互換，仿冒者成為技術領先的研發國，而原先的創新者成為技術落後的仿冒國。1蛙跳(leapfrogging)指兩者的角色互換的跳躍不連續重覆過程即從技術落後國(廠商)一躍而為技術領先國(廠商)的轉換現象。廠商創新與仿冒行為的演化-代理人基模型模擬與分析145然而傳統模型假定所有廠商皆為同質，故以代表性廠商分析市場內所有廠商的行為，只是在現實生活中廠商的決策往往互有差異，每一家廠商也不可能對未來具有完全預知的能力，因此僅能就其所擁有的資訊做出最佳的判斷。為放寬傳統經濟學以代表性個人、完全理性加諸於經濟分析的限制，NelsonandWinter(1982)即開啟了以電腦模擬來解釋技術變遷的大門，爾後亦有多位學者依循繼續發展，如Yildizoglu便有一系列相關研究，而本文與之最大的差異乃在於將模擬環境推高至複雜適應性系統(complexadaptivesystem,CAS)的層次，即將異質性、適應性、互動性及反饋的概念帶入經濟體系的每家廠商中，使每一家廠商擁有自己的決策法則，並且能夠透過與其他廠商的互動結果來重新調整自己的決策，以增強自我對環境的適應能力，因此在框架下的模擬更為貼近真實經濟環境。另外，本文乃以遺傳演算法作為架構代理人基計算經濟模型的工具，遺傳演算法與經濟學的結合已有超過十年以上的歷史，運用亦十分廣泛。ChenandKuo(2002)提供了一篇涵蓋將近150篇經濟及財務應用上的文獻回顧。3研究方法及模型建構3.1資源分配與策略編碼在本文的架構下，每一個染色體都代表一個廠商的資源配置策略。我們定義研發廠商與仿冒廠商的基因編碼如下：(研發廠商)(仿冒廠商)染色體中的廠商編號可視作每一家廠商的公司名稱，而標籤這個變數則是為了定義廠商究竟是扮演哪一種角色，當這個變數為1時代表廠商是研發廠商，若這個變數為0則表示廠商是仿冒廠商。藉由觀察廠商編號與標籤兩變數，廠商編號標籤總稟賦生產研發反仿冒廠商編號標籤總稟賦生產仿冒搜尋陳樹衡．張嘉玲146便可追蹤廠商角色變化的情況。此外，模型中的每家廠商皆需滿足預算限制式，就研發廠商而言，支配於生產、創新與反仿冒的資源應等於總稟賦，亦即生產、創新、反仿冒三項比例的加總應等於100%。本期期初可支配總稟賦來自於廠商上一期的所得，因此每一個染色體不但反應了廠商資源分配的狀況及角色的扮演亦反應了廠商的規模大小。例如我們觀察到一個染色體的表現為[7，1，7000，35，54，11]，7表示公司名稱為7的廠商，1代表7號廠商當期選擇扮演一個研發者的角色，並且7號公司可支配的總稟賦為7000元，這7000元中的35%分配在生產、54%分配在從事研發、11%用來做反仿冒。3.2研發廠商資源分配與產量的決定本文採D’AspremontandJacquemin(1988)的看法，若欲得到較高的研發成果，則勢必要投入加倍的研發成本，因此研發的邊際成本為遞增，故將研發成本函數設為：()221iiixrRC=(1)其中ir為效率參數，其值越小效率越高，ix為第i家廠商的研發成果。(1)式中的iRC可透過染色體中的總稟賦乘上研發支出比例這個變數而得，效率參數(ir)，則是由Beta分配中抽出的一個亂數值2，用來表示廠商從事研發的“不確定性”。當我們得到研發支出(iRC)與效率參數(ir)後就可解出廠商的研發成果(ix)。由於ir為Beta分配所抽出來的一個亂數(),(baBetar=)，其中，a為實驗者對研發困難度的控制，實驗者可自行輸入介於1-10之間的數值，a值設得越大，表示研發的困難度較高，抽到越大的r機會越大，亦即得到較小研發成果機會越大。當然廠商可以透過他的努力來得到比較好的研發成果，所以b為研發廠商的研發支出投入(iRC)的一種呈現，實際在處理時將iRC標準化到1-10之間，若廠商越致力研發，獲得較小效率參數(即較大研發成果)的機率也會較高。故ir會介於0-1之間，但我們排除等於0的狀況。反仿冒則是研發廠商用來防止仿冒廠商剽竊其研發成果所做的防護措施，例如搜集仿冒廠商罪證的支出、律師費用等皆可視為反仿冒成本，而被告的賠2r=Beta[a,b]，若ab(ab)則呈左(右)偏分配。藉由參數a的控制可決定研發之困難度，參數則定義為標準化後的研發支出，因此廠商越致力於研發，Beta分配越易呈現右偏，獲得小效率數(即較大研發成果)的機率也會較高。廠商創新與仿冒行為的演化-代理人基模型模擬與分析147償就是反仿冒這項支出帶來的好處。我們將第i家反仿冒支出寫成(2)式。每家研發廠商應分配多少資源於反仿冒則由模型的演化機制來決定。hDMCi=(2)本文的研發成果為降低單位生產成本(costreduction)的技術研發。故若研發廠商不從事研發，則必需要以一個相當高的原始生產成本(c)進行生產，所以我們定義廠商進行研發後的單位生產成本(ic)如式(3)所示。xcci−=(3)研發廠商將資源分配於研發與反仿冒後剩下的部份則用於生產活動，式(4)定義了研發廠商分派多少資源於生產。且因式(3)決定了研發廠商的單位生產成本(ic)，故由式(5)可得第i家研發廠商的當期產量(iq)。iiiDMCRCWealthTotalA−−=(4)iiicAq=(5)3.3仿冒廠商資源分配與產量的決定作為一個仿冒廠商自然是不需要研發與反仿冒這項支出，那麼仿冒廠商又將他的資源作何分配呢？天下沒有白吃的午餐，仿冒廠商要盜取研發廠商的研發成果，也得投注一定程度的努力，因此我們可以想像仿冒廠商其實也存在一個“研發部門”，不過這個研發部門並不是做研發，而是一個專門將研發廠商的研發成果加以解碼以利自己生產的部門，我們把這個部門的支出稱為仿冒支出(jMC)。zMCj=(6)既然仿冒廠商是專門剽竊他人的研發成果的廠商，因此他也必須尋找所欲模仿的對象，這部份的成本稱為搜尋成本，可視為仿冒廠商支付給商業間諜的費用，本模型假設商業間諜市場有一穩定的行情，但是商業間諜所搜集回來的情報卻未必派得上用場，例如仿冒廠商僱用5名商業間諜埋伏在研發廠商群中，但仿冒廠商儘模仿5份商業情報中研發成果最佳的研發廠商，另外4份商業間諜的資料則未被採納，如同仿冒支出一般，搜尋支出亦是透過演化機制決定。sSCj=(7)陳樹衡．張嘉玲148仿冒廠商單位生產成本(jc)的決定相當的類似研發廠商，不過研發廠商因投入研發得到研發成果(ix)以降低生產成本，而仿冒廠商則是透過解碼部門的努力將所模仿的研發廠商之研發成果(ix)加以破解，變成自己的生產技術，然而仿冒廠商究竟可以模仿到什麼樣的程度則取決於他投注於解碼部門的資金，亦即仿冒支出(jMC)的多寡決定了仿冒廠商對研發廠商研發成果的複製能力(d)，當仿冒支出(jMC)越高則複製能力(d)越高的“機率”也會越大。如同研發支出之於研發成果，我們亦用Beta分配的機率密度函數來描繪仿冒廠商複製能力(d)與仿冒支出(jMC)間的關係。因此可由式(8)得到仿冒廠商的單位生產成本(jc)。由於式(8)決定了仿冒廠商的單位生產成本(jc)，故我們透過成本函數的推導可得第j家研發廠商的當期產量(jq)。ijdxcc−=(8)jjjSCMCWealthTotalA−−=(9)jjjcAq=(10)3.4研發廠商與仿冒廠商間的攻防戰當市場內的N家研發廠商與M家仿冒廠商產量決定後，商品的當期價格便可由式(11)決定，並且由式(12)、(13)得到個別研發廠商及仿冒廠商的當期利潤。∑∑==−−=NiMjjitqqaP11(11)()iitiqcP×−=π(12)()jjtjqcP×−=π(13)研發廠商在仿冒廠商對其研發成果進行解碼的當下並沒有辦法查覺他辛苦努力的心血已經遭人盜用，一直要到仿冒廠商生產的仿冒品銷售到市面上後，研發廠商才能發覺是否有其他廠商侵犯了他的智慧財產權。研發廠商是否能逮到仿冒者要看仿冒廠商的仿冒支出與研發廠商間的反仿冒支出間的拉鋸，為什麼呢？如果仿冒廠商投注越多的仿冒支出在解碼部門，如高薪聘請仿冒功力純熟的工程師，則該仿冒廠商生產出來的產品“看起來”越不像是仿冒品，因此除非研發廠商也在反