虚拟平台中智慧城市信息转移演化博弈分析

项 勇，任 宏

（1.西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 2.重庆大学建设管理与房地产学院，重庆 400045）

虚拟平台中智慧城市信息转移演化博弈分析

项 勇1，任 宏2

（1.西华大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610039； 2.重庆大学建设管理与房地产学院，重庆 400045）

在新一代信息技术支撑下的智慧城市中，构建信息化资源共享的虚拟平台成为其信息转移和共享的有效途径。因此文章分析了信息作为生产要素在农业时代、工业时代、信息时代、智慧时代的表现形式及转移虚拟平台构建的必要性。在信息传递主体有限理性的情况下，将演化博弈理论引入到信息转移过程中形成政府与信息主体的收益矩阵，并研究虚拟平台在官管民营模式下，信息转移过程中资源主体和政府的复制动态方程及稳定状态点现实解释。用复制动态相位图表示政府和信息资源主体在转移共享和激励行为比例变化的复制动态关系，探讨四种情况下稳定状态的收敛性与抗扰动性。最后得出结论为不管任何状态下的复制动态关系和稳定性，政府通过调整战略和信息平台中的收益分配比重，既不影响信息主体的积极性，同时又能提高其收益，使博弈双方主体均有能力和动力推动信息转移共享，从而达到帕累托上策均衡。

智慧城市；虚拟平台；演化博弈；信息转移

一、引言

我国的城市发展主要经历了四个阶段：即从1949-1966年，以消费为主转变为以生产为主，大规模的城市建设与旧城改造阶段；1966-1976年，城市化建设进程处于停滞阶段；1977-2000年，改革开放后进入以经济建设为中心的阶段。近十年来，城市建设开始逐步向现代化、规划化、法制化、信息化转型。在城市化快速发展进程中，城市的概念也从工业城市、信息城市、智能城市、数字城市不断的演化。城市理念变化这个过程，越来越多的高新技术不断融入到建设中，如云计算、移动互联网、物联网等，于是在2009年，IBM提出了“智慧城市”的概念[1]。智慧城市是充分运用物联网、云计算、光网络、移动互联网等通信和信息技术手段，通过感测、传送、整合和分析城市运行核心系统的各项关键信息，对公众服务、社会管理、产业运作等活动的各种需求做出智能性响应，构建城市发展的智慧环境，面向未来构建全新的城市形态[2]。“智慧城市”发展的初级阶段在信息基础设施方面与“数字城市”具有类似性，但智慧城市更注重信息资源整合集成和城市管理协调统筹，相对来说是信息化城市和数字城市建设的更高级阶段[3，4]。

二、虚拟平台中智慧城市信息及转移共享

由智慧城市概念其建立是城市信息化的终极目标和战略方向，信息化需求构成了智慧城市的基础，信息技术创新的运用促进其发展进程。信息共享、信息技术及运用成为智慧城市的核心。在历史发展过程中，信息作为生产要素，在不同时代表现形式有差异，如图1。

我国将信息资源作为生产要素可追溯到上个世纪中叶，在1984年邓小平的“开发信息资源，服务四化建设”思想为我国社会发展信息化提供了思想武器，2004年国务院办公厅的关于加强信息资源开发利用工作意见中提出：信息资源作为生产要素和社会财富，与能源、材料同等重要，在经济社会资源结构中具有不可替代的地位。因此，从现代资源观的视角分析，信息资源作为生产要素是现代生产力的组成部分，对其他资源能够起到节约、拓展、创新等重大作用，信息资源的开发程度和利用水平决定了社会对物质能量资源的开发和利用程度。信息资源的优化配置成为其充分利用的关键所在，加强信息资源的综合管理与利用，除了从制度和法规上构建外，还需要搭建一个便捷综合性的信息化平台。

图1 不同时代信息的表现形态

智慧城市中的虚拟平台是指在城市中分布于不同版块（智慧技术、智慧服务、智慧管理、智慧民生、智慧人文） 的产业主体，充分利用物联网、移动网络、云计算等信息技术，为实现生活便捷，资源节约、环境友好的城市可持续性发展而构建的动态联盟，是将城市的组织、人力、技术和信息等资源借助强大的网络功能和信息技术手段进行有效集成。在智慧经济时代信息化向更高阶段发展，具有更强创新能力，构建信息化资源共享的虚拟平台则需要基础性和应用性的信息系统开发，形成一种无形的网络化和智能化平台[5]。

在智慧城市运行的初级阶段，虚拟平台的构建最合适的模式为官管民营，政府从制度、规则上进行宏观监督和管理，各产业主体的相关信息参与到平台中，使虚拟平台在政府的监管下各信息主体间进行资源的转移共享[6]。虚拟平台中的主体信息共享主体包括技术、管理、生产、制造等各行业，也包括政府、信息化管理者。从传统的经济理论理解虚拟平台中主体应为完全理性人，但在现实中各主体受到认知能力、专业能力等的局限成为有限理性人状态，在经济活动中，有限理性人的行为是充分利用虚拟化的信息平台进行信息转移共享，使其产生价值逐渐达到最大化[7]。因此，文章研究智慧城市理念下虚拟平台中作为监管主体的政府与信息资源主体以信息为对象的演化博弈与激励进行分析，分析主体之间信息转移的激励行为的模型和不同条件下的博弈均衡结果，寻求博弈主体间所采取的稳定性策略，从而提升整个虚拟平台给参与者所带来的信息转移共享收益。

三、虚拟平台中信息转移主体演化稳定策略分析

虚拟平台各主体之间的信息转移共享形成的价值产生有两种形式：一种是直接吸收利用其平台中其他主体提供的信息而增加价值收益；另一种是因信息协同及杠杆作用而获得协同价值，同时在信息转移和使用中使各方间的信用程度开始增加，在提高自身收益的同时，也为政府和虚拟平台带来信息化方面的收益[8]。在产生收益时，虚拟平台自身造成价值上的减少等，因此，在官管民营的情况下，政府作为监管者可以对信息转移主体采取一定的资助以便适度降低其风险和成本，提高主体的收益，促进信息转移共享力度，就形成政府监管激励行为和信息转移主体间的一种博弈行为[9]。

因虚拟平台中信息传递主体是有限理性，所以在信息转移中不断学习和创新、调整，使其所选择的策略逐渐趋向理性，这类似于生物进化过程之后逐渐形成演化稳定型策略，达到一种动态平衡状态，在该平衡状态下，信息转移主体都不愿意单方面改变自己的策略[10]。依据博弈的基本定义，虚拟平台中主体主要可以归纳为两类：即作为监管方的政府和信息资源拥有群体。针对信息资源拥有者，其策略空间为（转移，不转移），则政府针对信息主体行为可采取的策略集为（赞助，不赞助）。

表1 政府与信息主体收益矩阵

对虚拟平台中的信息转移共享行为，为构建演化博弈模型，设R1为虚拟平台中信息主体在政府赞助下所得收益，R2为无政府赞助下的收益，则R1＞R2；p表示在虚拟平台信息转移共享所形成总收益中信息主体所占的收益比例且0＜p＜1，1-p为政府所得收益比例；C1表示信息主体转移共享所付出的成本代价；C2表示政府激励信息主体所付出的成本，如制定相关政策、制度所发生的费用，对信息化虚拟平台管理而保持信息转移共享渠道中畅通的费用等。由此形成双方利益博弈矩阵如表1[11]。

依据表1的收益矩阵，在博弈双方有限理性情况下，设信息资源主体采取转移共享策略的概率为α，则政府对信息转移共享策略进行激励的概率为β，根据进化博弈理论可以得到，信息资源主体复制动态方程为[12,13]：

公式(1)中，u11、u12、u1分别是信息资源主体选择信息转移共享、不转移策略的期望收益和平均收益，且

同理可得政府管理主体的复制动态方程为：

公式(2)中u21、u22、u1分别是政府选择赞助、不赞助策略时期望收益和平均收益[14]，而且u21=α[(1-p)R1-C2]-(1-α)C2，u22=α(1-α)R2，u2=βu21+(1-β)u22。

对于信息资源拥有主体，当pR2-C1＜0时，有p＜(C1/R1)，由于p为信息主体转移信息所得收益占总收益的比重，C1/R2为信息转移收益与成本比值，因而政府无赞助情况下，资源主体转移共享信息所得收益比小于成本收益比，导致净收益小于不转移共享时的净收益值，这时：

对于虚拟平台中的政府主体，如果当C2＜(1-p)(R1时，有-R2)，因为1-p为总收益中政府所得比重，C2／(R1-R2)为信息转移过程中政府的成本收益比，意味着资源主体在转移信息情况下，总收益中政府所得收益大于其赞助时的成本，赞助信息转移时所得收益大于不赞助时的收益。

若α=C2／(1-p)(R1-R2)，G(β)一直等于0，表示β始终处于稳定状态；α≠C2/(1-p)(R1-R2)，则产生两个稳定策略时，为稳定策略；反之为稳定策略。

当C2＞(1-p)(R1-R2)时，有(1-p)＜C2／(R1-R2)，这时α＜C2／(1-p)(R1-R2)显然成立，表示信息资源主体采取转移共享策略时，政府在信息转移收益增加额的比重小于不赞助时的收益，因而在时间因素的影响下，不断的学习和调整，最终选择不赞助策略。但政府对信息转移后的收益更大时，只要α＞C2／(1-p)(R1-R2)，β=1仍为稳定性策略，即经过长时间的学习和

如果假设α0=C2／(1-p)(R1-R2)，β0=(C1-pR2)[p(R1-R2)]，在坐标图中， α为横坐标，β为纵坐标，构成复制动态相位图，用以表示政府和信息资源主体在转移共享和激励行为比例变化的复制动态关系，会出现以下四种情况。调整，政府最终选择对信息资源主体的激励约束。综合分析表明，若政府对信息转移主体的行为予以激励但信息转移能力低使虚拟平台为其带来的利益小于赞助策略的利益，则在长期学习和调整后政府采取不赞助行为。因此，要保持政府对信息转移共享行为的赞助与激励，信息资源主体要提高信息的接受和学习能力，进行信息技术传播的创新。

四、虚拟平台中信息转移激励演化博弈分析

情况一：pR2-C1＞0，(1-p)R1-C2＞(1-p)R2，具体见图2。

图2 α=0和β*=1复制动态相位图

情况二：p(R2-C1)＜0，(1-p)R1-C2＞(1-p)R2，具体见图3。

从图3中可得知有两个博弈演化的稳定策略：α*=0，β*=1和α*=1，β*=0。虚拟平台中的信息主体的资源少，转移共享能力较弱，所带来收益较低。在没有政府赞助的情况下，信息转移共享反而降低了收益程度，所以信息资源主体采取了信息不转移共享策略。相反，若政府采取赞助策略，提高了信息主体进行转移和创新的积极性，增加了抗风险能力，使政府在信息转移共享中获得更大的收益，则双方的博弈的策略（赞助，转移）和（不赞助，不转移）。根据分析，在这两个均衡策略中，政府选择赞助策略而信息主体选择信息转移共享策略为帕累托上策均衡，但能否达到帕累托上策均衡取决于虚拟平台最初形成的条件状况。

图3 (α*，β*)∈(0，0)和(1，1)复制动态相位图

情况三：当pR2-C1＞0，(1-p)R1-C2＜(1-p)R2时，具体见图4。

从图4中可得出博弈演化稳定策略是α*=1，β*=0。该情况产生于资源主体的信息量大，转移创新和能力较强，政府赞助与否和资源主体的转移共享不产生本质影响。因而，即使在无政府赞助的情况下，信息主体能获得较大收益。由于政府对资源主体赞助成本大于其所得收益，导致净收益小于0，于是通过长期学习和调整后，信息主体选择信息转移共享，而政府选择不赞助。若政府适度调高信息平台中的收益分配比重，既不影响信息主体的积极性，同时又能提高其收益，使博弈双方主体均有能力和动力推动信息转移共享，从而达到帕累托上策均衡。

情况四：当 pR2-C1＜0，(1-p)R1-C2＜(1-p)R2时，具体见图5。

图4 α*=1，β*=0时复制动态相位图

从图5中可知博弈演化的稳定性策略为α*=0，β*=0，这说明信息主体资源量小，信息转移能力和创新能力不足，信息转移共享所带来的收益较低，经过长期调整后，信息主体选择不转移共享，而政府也选择不赞助，从而使虚拟信息平台形成的博弈结果为帕累托下策均衡。

图5 α*=0，β*=0时复制动态相位图

综合前述四种情况分析可知，当pR2-C1＞0，即p＞C1/R2，信息资源主体趋向于选择信息转移共享；当pR2-C1＜0，即p＜C1/R2，只要β＞(C1-pR2)／p(R1-R2)，信息资源主体仍会选择转移共享策略。由此表明，信息主体是否选择转移共享策略与成本收益比值C1/R2密切相关。在C1不变的情况下，R2增大，则1-C1/R2增大，这反映出若信息主体实力和能力较强，在不变的转移成本下能获得较大信息共享收益时，政府可通过激励措施提高其收益分配比，在不影响信息主体转移行为积极性的同时获得更多的信息流动收益，同样对实力小、信息转移和创新能力较弱的主体，政府则通过激励措施，增加赞助力度，提高其信息转移共享的积极性。

五、结论

在信息技术不断改变和创新的智慧经济时代，信息传播与共享成为企业生存发展、经济增长的关键因素之一。对智慧城市下信息转移的虚拟平台，要有效的推进不同产业主体间的信息转移共享，并产生较大的规模性效益，政府作为监管主体，需要从制度上在不同阶段采取共赢局面的策略，信息主体根据政府的策略采取相应的行动。换而言之，一方面政府作为智慧城市虚拟平台搭建和发展中的管理部门，对于虚拟平台的信息流动应加强对各资源主体信息权利的保护，构建各主体间的信任关系，鼓励其进行信息转移共享。通过激励措施对信息主体采取转移策略进行资助，改变平台中不同主体间的博弈格局。另一方面信息资源主体在城市智慧程度的不断提升过程中，根据政府的激励措施，不断提升自身的信息转移能力和创新能力来维持信息转移平台中的利益均衡格局。智慧城市信息转移虚拟平台在其形成过程中，主体双方均存在这较多不确定因素形成的风险，这些风险影响演化博弈结果的稳定性，同时也增加信息转移成本。只有演化博弈主体依据双方的策略不停的调整其策略来维持博弈均衡结果的收敛。但从长期角度看，随着时间推移，各主体不停地调整策略和相互间的信任关系建立，最终会选择转移共享策略。政府作为监管主体，在考虑收益分割时应考虑不同时间段下信息主体的实力、规模和能力大小，既要提高积极性，又要保护信息主体的利益。

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（责任编辑：FZF）

The Analysis of Evolutionary Game on Smart City Information Transfer in Virtual Platform

XIANG Yong1，REN Hong2
（1.Architectural and Civil Engineering College，Xihua University， Chengdu Sichuan 610039，China； 2.School of Constraction Management and Real Estate，Chongqing University，Chongqing 400045，China)

In the smart city which is supported by the new generation of information technology， constructing a virtual platform of informational resource-sharing is an effective way to transfer and share the information.So this paper analyzes information forms as a factor of production in the age of agriculture，industry，information and wisdom and the necessity of the virtutal platform on information transfer.Under the bounded rationality of information transfer's body， this thesis brings the evolutionary game theory into the information transfer process to construct a payoff matrix.Then it discusses the replicator dynamics equation and steady point's realistic interpretation between the resource subject and government.Afterwards，the article expresses the government and the information resources subject's dynamic replication relationship in the process of shift of sharing and the change of motivated behavior's proportion by using the dynamic replication phase diagram，and then discusses steady state's convergence and anti disturbance performance under the four types.Finally this thesis comes to a conclusion that no matter the dynamic replication's relationship and the stability is in what kind of state,government not only can not affect information agent's enthusiasm，but also increase revenue to make both parties have the ability and power to promote information's transfer and sharing and reach the Pareto dominated equilibrium by adjusting strategies and the proportion of income distribution of information platform.

Smart city；Virtual platform；Evolutionary game；Information transfer

F299.23

A

1004-292X（2014）04-0003-05

2014-01-11

住房城乡建设部科学技术计划资助项目（2013-R1-4）；四川省高校重点实验室开放研究基金资助项目（szjj2012-033）。

项 勇（1974-），男，重庆人，教授，博士，主要从事城市建设与房地产经营管理方面的教学与研究；

任 宏（1955-），男，重庆人，博士后，教授，博士生导师，主要从事城市建设与房地产管理研究。