三螺旋论文.pdf

   （博主注：PDF文件中，表1中“2005”和“2012”年对应的会议地点应分别为都灵和万隆。

   以下是投稿版本，与发表版不完全一致，且看不到图和公式。若引用本文，请以PDF版本为准。）

三螺旋模型及其量化分析方法研讨

叶鹰[1]，  鲁特•莱兹多夫2， 武夷山³

（¹南京大学信息管理学院南京 210023，²阿姆斯特丹大学传播研究学院荷兰，³中国科学技术信息研究所北京 100038）

（中国软科学，2014年第11期）

摘要：在简要概述三螺旋模型的发展背景和国内外研究进展基础上，侧重研讨三螺旋模型的量化分析方法，强调协合度T作为量化三螺旋的有效指标，本质上是通过互信息对大学、产业和政府交互作用的不确定性进行测度，反映的是大学、产业和政府机构协同和合作的程度；其负值指向区域化而正值指向全球化。通过近年的三个实例展示了应用并提出了改进思路。

关键词：三螺旋；信息熵；协合度；量化分析；管理创新；知识经济

A Discussed Study on the Triple Helix with Its Quantitative Analysis Method

Fred Y. Ye¹,  Loet Leydesdorff²,  Yishan Wu³

(¹iSchool, Nanjing University, Nanjing210023 China; ²ASCoR, University of Amsterdam, Amsterdam, TheNetherlands; ³ISTIC, Beijing 100038 China)

  Abstract: With brief introduction to background and progress of Triple-Helix(TH) researches, it is clarified that TH quantitative methodology focuses on the indicator of synergy (T) as reduction of uncertainty that can be shaped among three or more distributions. In the TH model ofuniversity-industry-government (uig), T(uig) measures the cooperation and coordination among university, industry, and government. While negative synergy tends to localization, positive synergy points to globalization. Three casestudies are exhibited, with improving ideas.

 Keywords: Triple Helix; information entropy; synergy; quantitative analysis; innovation; knowledge economy

一、引言

20世纪90年代以来，有关知识经济和创新管理的理论推陈出新，三螺旋理论就是其中之一。在科学理论上，虽然三螺旋之说源自1953年Linus Pauling等在生命科学领域里的错误假说（认为DNA由三链构成，随后被James Watson和Francis Crick正确的DNA双螺旋结构所取代），但其思想却启发后人在社会科学领域开拓前行：继三元理论^[1]和国家创新系统^[2-3]之后，三螺旋（Triple Helix，缩写为TH）理论问世^[4]，很快以其独特新颖的理论见解和定量方法为社会动力学和管理创新研究注入活力，发展成为能有效测度和量化分析大学-产业-政府（University-Industry/Business-Government，缩写为UIG或UBG）之间相互作用的理论方法，如同发现了经济社会的DNA，揭示出驱动管理创新的“基因”。

三螺旋理论试图找出创新主体相互作用的机理和持续创新的动力机制及定量测度，弥补了已有创新理论的不足，一经提出便受到强烈关注，影响日益广泛。在国际上，大学-产业-政府三螺旋已成为创新研究主流理论之一，并在实践中彰显出强劲的生命力。在创始人的持续推动下，三螺旋理论与方法引起软科学界尤其是科技管理学、公共管理学、管理社会学的高度重视，不断激发出创新思维的火花。特别是基于信息论发展出三螺旋模型的定量分析方法之后，三螺旋模型的理论研究和实证应用更加活跃。有鉴于此，本文在概述三螺旋模型理论研究进展基础上针对其定量分析方法进行深入研讨。

二、三螺旋模型国内外研究进展

  1995年，HenryEtzkowitz（已有中译名亨利•艾茨科威兹）和Loet Leydesdorff（已有中译名洛埃特•雷迭斯多夫和劳埃特•雷德斯多夫，建议根据该名字的准确发音统一译为鲁特·莱兹多夫）在欧洲科学技术研究协会主办的EASST Review上发表开创性论文The Triple Helix of University-Industry-Government Relations: A Laboratory for Knowledge-Based Economic Development^[4]，标志着三螺旋模型诞生。三螺旋模型有别于三元模型、国家创新体系等线性模型，是一种螺旋型模型，描述了大学-产业-政府三方在创新过程中密切合作、相互作用但也保持相对独立的创新模式。图1是与生命周期曲线相配合的三螺旋模型示意。

图1  与生命周期曲线配合的三螺旋模型示意图

（图中横轴表示时间，纵轴表示利润或销售额，来源：百度图库）

在三螺旋模型中，大学（University，简记为U）作为知识生产的基地，保证新知识和新技术的来源，是知识经济的生产力要素；产业（Industry或Business，简记为I）是生产的场所，进行产品的生产和服务的提供；政府（Government，简记为G）则通过立法等手段来调节和维护市场上的契约关系缔结者，保证稳定的相互作用与对等交换。在理论上，三螺旋模型与三元模型和国家创新系统相比较的特点体现在：三元模型强调国家主导创新，国家创新系统认为公司在创新中居于主导地位，而三螺旋理论则认为大学、产业和政府均可对创新起主导作用，正是其相互作用影响和塑造了创新过程。从运作机理看，三螺旋模型至少可细分为I型,II型和III型三类^[5]：I型三螺旋模型的三个层面由大学、产业、政府以机构方式确立，其中跨界交互作用媒介有产业联络、技术转移、合同办公室；II型三螺旋模型由三种不同的联通系统定义，包括市场运作、技术创新、界面控制，这些不同功能的界面以分布式模式运作，该分布式模式产生了作为一种持续的技术转移界面或者在专利立法情况下的潜在联系；III型三螺旋模型是指大学、产业、政府交互界面除了执行自身的传统功能外还都承担着其他相关功能，比如大学就创造了一个产业的边缘地带或者作为一个区域或地区创新的组织者而扮演了准政府的角色。此外，也有α-型, β-型, γ-型等划分^[6]。

   三螺旋创始人在会议综述Emergence of a Triple Helix of University-Industry-Government Relations^[7]中强调三螺旋的螺线性，这是公共、私人以及学术机构在多种层面的反复重叠关系，重叠关系的存在孕育着新的职能组合：大学不仅仅起着传统教育机构的教学培训作用，同时也通过与产业合作或者下设子产业而起到直接将理论知识投入到实际生产的作用，甚至有了“创业型大学”的提法；而产业在生产产品、开拓市场的同时，也注重对人的教育，通过各种形式的讲座和培训来提高员工的相关技能和综合素质，在此情形中，产业也起着大学教育的作用。事实上，有些大企业就自己创办、运行着适合本行业需求的特殊大学^[8]；政府也不再满足于只充当市场调节者，而是积极推动知识生产与知识转移，美国各州州政府在这方面的作为就很突出。1998年，在一次研讨会的会议总结报告The Triple Helix as a Model for Innovation Studies^[9]中，Etzkowitz和Leydesdorff指出三螺旋模型可用作知识经济中分析创新的主要模型，可以揭示出“基因型”创新机理（而复杂动力学可揭示出“表象型”），并开启区域化和全球化的差异性研究。在2005年的一篇合作论文AComparison of the Knowldge-based Innovation Systems in the Economics of South Korea and the Netherlands Using Triple Helix Indicators^[10]中，测量三螺旋模型的量化指标得到实际应用。

1996年以来，世界上已经召开了11次专门讨论三螺旋的国际会议(http://www.leydesdorff.net/th2/index.htm)，情形归纳如表1所示。

表1 三螺旋模型11次国际会议要览

在国内，三螺旋模型的引进于2000年起步，迄今已发表正式论文30余篇^[11]。2003年起，国内学者开始系统消化三螺旋模型^[12-13]，方卫华指出，三螺旋模型代表了精确描述创新系统中正在出现的制度结构，并开启了对创新过程的动力学研究。2005年以来，以王成军和周春彦为代表的一批学人持续努力^[14-16]，推进了三螺旋模型研究，其中周春彦翻译并评述了Etzkowitz和Leydesdorff 的相关论著^[17-19]，并和Etzkowitz一起提出双三螺旋^[20]；王成军在论文《中外三螺旋计量比较研究》^[15]中分析了Leydesdorff的三螺旋算法，应用于中国时得出政府主导的结果；其他实用研究也层出不穷^[21-25]。总体看来，国内研究基本保持了跟踪国际发展的态势，尤其是，这类研究激发出了国内管理学界的广泛兴趣。

三、三螺旋模型量化分析方法

三螺旋模型与三元模型和国家创新系统等创新理论相比的最大特点是系统发展出了量化分析方法，这也正是三螺旋模型的优势所在。三螺旋模型的定量方法植根于互信息测度，渊源于Shannon信息熵。

按照Shannon信息论^[26]，事件a_i发生所引起的自信息量I(a_i)=-logp(a_i)代表的含义是：事件a_i发生之前发生a_i的不确定性或事件a_i发生之后a_i所提供的信息量。由于自信息是一个随机变量，不能作为整个信源X的信息测度，其不稳定程度可用概率分布p_x来表示，信息论的创新即在于用自信息的数学期望亦即信源的平均自信息量作为整个系统的信息测度，这就是一维变量X的信息熵（若乘以玻耳兹曼常数k_B，则成为单位为J/K的热力学熵）：

                                                     （1）

基于二维变量X,Y概率分布的不确定性也可定义概率熵：

                                                （2）

以上公式中取2为对数底时，信息熵的单位是无物理量纲的比特(bit)；取e为对数底时，信息熵的单位是无物理量纲的奈特(nat)；取10为对数底时，信息熵的单位是无物理量纲的哈特(hart)。1 hart=3.32 bit, 1 nat=1.44 bit。

与Shannon信息熵不同的是：三螺旋算法采用基于互信息（Mutual information）的构型信息（Configurational information）作为测度^[27-28]，描述X、Y相互作用不确定性的互信息H_xy和转接度（Transmission）T_xy定义为：

                                                  （3）

若分布完全独立，有，则。

  对于三维(X, Y, Z)相互作用，以互信息表征的转接度称为协合度（Synergy），计算公式为^[29]：

                                  (4)

与信息熵总为正值不同，表征协同程度的协合度T可正可负，协合度越负，X、Y、Z之间两两交互作用越强。有关正负交互作用的讨论可见文献参考[30]。

当X=U,Y=I和Z=G时，公式(4)就是测度UIG（大学-产业-政府）三螺旋相互作用（三螺旋算法TH）的基本公式。计算时可采取两种算法取向：右旋方向表征信息叠加（相当于三原色调色的减色法），左旋方向表征冗余叠加（相当于三原光配色的加色法），如图2所示：

图2 UIG相互作用的计算取向（来源：Leydesdorff’s PPT for lectures）

协合度算法是取冗余测度，协合度的正、负揭示的是全球化和区域化动力学意义^[31]。当用T值测量时，T负值越大，区域化的U、I、G两两相互作用越强；T正值越大，则表示全球化程度越高（T为正值时，则表明U、I、G独立性高，两两相互作用较弱，但三者协合作用强）；亦即，负值指向区域化，而正值指向全球化。实际上，Ulanowicz在优势理论中也提出过用双边或三边关系的互信息作为协合度^[32-33]，并建议用图2来循环表征三类要素之间潜在的自动促进作用^[34]。

上述互信息算法还可拓展到四维乃至多维^[35-38]，但应注意多维模型中正负号的奇偶变化。2~4维的计算程序见http://www.leydesdorff.net/software/th4 。

值得提示的是：三（多）螺旋算法具有一般方法论意义^[39]，可以适合一切以概率分布为基础的三（多）元关系分析。只要能计算三（多）元关系的概率分布，就可以通过互信息计算其交互作用。但应注意，协合度不是创新大小或创新力的测度，T只是协同和合作程度的一种度量。

在具体计算UIG协合度时，数值可以取任何能有效区分出U、I、G含义的可比数据，例如，论文、专利、地理标识等。把三螺旋计算扩展为多螺旋计算时，也应注意统计数据的可比性。同时，应正确理解计算的数据涵义。

四、典型应用案例及讨论

这里提供作者近年参与研究的三个典型案例作为三螺旋模型的应用参考。

第一个案例从一个时间断面（2011年）用代表性国家的WoS论文数据来计算（静态）协合度^[40]，图3是按照各国T(uig)值的大小进行排序后的结果。

图3  2011年各国T(uig)分布（来源: Ye et al., 2013, p. 2321）

图3左侧T(uig)负值较大的国家表明其国内大学、产业和政府之间的两两协合较多，如印度、印尼、日本等，其科研体系比较区域化或国内化；右边T(uig)负值较小的国家表明其国内大学、产业和政府的两两协合较少但大学、产业和政府分别行动的情形较多，或三方协合较多，且科研体系更加全球化或国际化，如德国、中国、韩国等。值得一提的是：对中国而言，如果把中国科学院和中国社会科学院作为大学看待（CAS as U），则中国的协合度趋向全球化；而如果把中国科学院和中国社会科学院作为政府机构看待（CAS as G），则中国的协合度趋向区域化。

   第二个案例用一段时间区间（1973-2005）的（动态）协合度来展现一个国家大学、产业和政府之间的协作演化^[41]，图4是韩国情形。

图4  1973-2005年韩国按共作者关系计算的三螺旋协合度

（来源: Park & Leydesdorff, 2010, p.645；补加趋势线）

图4数据源自韩国的SCI论文统计，四种趋势线标在图中：1980年代中期以前体现专制化，1980年代中期至1990年代初期体现民主化，1990年代中期体现自由化，1990年代后期至21世纪初体现全球化，而后则稳定于区域化和全球化之间。

第三个案例是同时计算协合度、转接度以及把国际合作作为第四维度的四螺旋之日本实例^[42]，如图5所示。

图5  1981-2004年间日本论文的大学(u)、产业(i)、政府(g)、共作者(f)关联

（来源: Leydesdorff & Sun, 2009, p.783)

从图5可见，日本的T(uig)稳步提升（负的绝对值逐步减小），表明在1981-2004期间日本的科研体系曾有过从国内协作向国际协作发展的历程，其间大学-产业之间的合作 T(ui)逐步衰减，而大学的国际合作T(uf)则稳步增加。图中也标出了1990年代以后的四螺旋T(uigf)数据。

以上案例均基于论文数据。此外，三螺旋计算也可采用专利数据、地理信息、组织特征等类型的可比数据进行^[43-45]，形成各类应用^[46-49]。

应该说明：由于噪音数据客观存在，会引起结果误差，导致TH方法存在局限；但这类误差属于系统误差，故结论仍可参考。此外，以下思路或许可供改善三螺旋定量方法存在的不足：（1）作者之间的合作不一定是各自工作机构间的合作，因而按机构地址分析存在缺陷，可考虑采用除地址外的其他数据；（2）UIG之间的技术交易、技术转让、技术咨询、技术服务合同数量及所涉金额可能比合著论文、共同发明等指标更能反映UIG之间的真实关联，可用作新的数据源；（3）国际合作中会产生新的UIG关系，这些关系在国家内部的UIG格局里没有体现，可用于其他定量方法设计或创新动力学研究^[50-53]。

五、小结

综上所述，三螺旋模型已在国内外产生了积极影响并获得广泛应用，了解和掌握其理论与方法对理解和运用三螺旋模型至关重要，本文侧重阐明并研讨其定量方法，以弥补已有翻译介绍之不足。

协合度T作为量化三螺旋的有效指标，本质上是通过互信息对大学、产业和政府交互作用的不确定性进行测度，反映的是大学、产业和政府机构协同和合作的程度。当用国家层面的数据进行实算时，T负值越大表明大学、产业和政府在本区域内的两两协同越多，而正值越大则表明大学、产业和政府的国际化或全球化合作以及三方协同较多。应注意T不是创新力大小的度量，只是对大学、产业和政府协同创新时呈现的区域化和全球化程度的一种相对测度。

总之，三螺旋模型的理论与方法对分析知识经济、量化创新过程等具有实用价值和优良前景，希望本文研讨有利于促进其在中国的传播和应用。

参考文献

[1]Sabato, J. El Pensamientolatinoamericano en la problematica ciencia-tecnologia desarrollo-dependencia[A],Editorial Paidos, Buenos Aires, Argentina in Etzkowitz, H., and Leydesdorff, L.(2000). The dynamics of innovation: from National Systems and Mode 2 to a Triple Helix of university–industry–government relations[C].Research Policy, 1975,29, 109-123

[2] Freeman,C. Technology, policy, and economic performance: Lessons from Japan [M].London and New York: Pinter Publishers, 1987

[3]Lundvall, B.A.National system of innovation: Towards a theory of innovation and interactivelearning [M]. London: Francis Printer, 1992

[4]Etzkowitz, H.& Leydesdorff, L. The Triple Helix---University-Industry-GovernmentRelations: A Laboratory for Knowledge-Based Economic Development [J]. EASSTReview, 1995, 14 (1), 11-19

[5, 9]Leydesdorff, L. & Etzkowitz, H.The Triple Helix as a model for innovation studies [J]. Science and Public Policy, 1998, 25, 195-203

[6]王成军.官产学三螺旋创新系统模型研究[J]. 科学学研究, 2006, 24(2),315-320

[7] Leydesdorff, L. & Etzkowitz, H.Emergence of a Triple Helix of University-Industry-Government Relations [J]. Science and Public Policy, 1996, 23, 279-286

[8]邓瑞芳; 武夷山. 国外企业大学的发展经验对我国企业的启示[J]. 科学学与科学技术管理，2006(10), 147-151

[10]Park, H.W.; Hong, H. D. & Leydesdorff, L. A Comparison of the Knowledge-based Innovation Systems in the Economies of South Korea and the Netherlands usingTriple Helix Indicators [J]. Scientometrics,2005, 65(1), 3-27

[11]周春彦; 李海波; 李星洲等. 国内外三螺旋研究的理论前沿与实践探索[J]. 科学与管理，2011(4), 21-27

[12]方卫华. 创新研究的三螺旋模型:概念、结构和公共政策含义[J]. 自然辩证法研究, 2003,19 (11), 69-72

[13]任锦鸾; 陆剑南. 复合三链螺旋创新系统模型研究[J]. 科学学研究, 2003, 21(5), 546-552

[14]王成军. 官产学三螺旋研究—知识与选择[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2005

[15]王成军. 中外三螺旋计量比较研究[J]. 科研管理, 2006, 27(6),19-27

[16]周春彦, 亨利•艾茨科威兹. 三螺旋创新模式的理论探究[J].东北大学学报（社会科学版）, 2008,10(4),300-304

[17]亨利•艾茨科威兹, 周春彦译. 三螺旋[M]. 北京：东方出版社， 2005

[18]劳埃特•雷德斯多夫，马丁•迈耶尔，周春彦译. 三螺旋模式与知识经济[J]. 东北大学学报（社会科学版）, 2010,12(1),11-18

[19]周春彦. 大学-产业-政府三螺旋创新模式—亨利•艾茨科威兹《三螺旋》评介[J].自然辩证法研究, 2006(4), 75-77

[20]周春彦,亨利•艾茨科威兹.双三螺旋: 创新与可持续发展[J]. 东北大学学报（社会科学版）, 2006,8(3),170-174

[21]牛盼强, 谢富纪. 创新三螺旋模型研究新进展[J]. 研究与发展管理, 2009, 21(5),94-100

[22]蔡翔; 王文平; 李远远. 三螺旋创新理论的主要贡献、待解决问题及对中国的启示[J]. 技术经济与管理研究, 2010(1), 26-29

[23]林学军. 基于三螺旋创新理论模型的创新体系研究[M]. 广州: 暨南大学出版社. 2010

[24]王建华. 论绿色技术创新中的官产学合作—基于三螺旋模型的分析[J].科学•经济•社会, 2010, 28(4),41-44.

[25]于珊. 三螺旋模型的科学计量实证研究[D]. 浙江大学硕士论文，2013

[26]Shannon, C. E. A Mathematical Theory of Communication [J]. Bell System Technical Journal, 1948, 27, 379-423and 623-656

[27]Yeung, R.W.Information Theory and Network Coding [M]. New York: Springer, 2008

[28, 40]Ye, F.Y.; Yu, S.S. &Leydesdorff, L. The Triple Helix of University-Industry-Government Relations at the Country Level, and Its Dynamic Evolution under the Pressures of Globalization [J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology, 2013, 64(11), 2317-2325

[29] Abramson,N.  Information Theory and Coding [M].New York: McGraw-Hill, 1963

[30] Tsujishita, T. On triple mutual information [J]. Advances in applied mathematics, 1995, 16(3), 269-274

[31] Leydesdorff, L. &Ivanova, I. A. Mutual Redundancies in Inter-human Communication Systems: Steps Towards a Calculus of Processing Meaning [J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology. 2013, In press: http://dx.doi.org/10.1002/asi.22973

[32] Ulanowicz, R. E. Growth and Development: Ecosystems Phenomenology [M]. San Jose: To Excel, 1986

[33] Ulanowicz, R. E. Ecology,The Ascendent Perspective [M]. New York: Columbia University Press, 1997

[34] Ulanowicz, R. E. The dual nature of ecosystem dynamics [J]. Ecological modelling,2009, 220 (16),1886-1892

[35]Bunders, J. F.G.;Broerse, J. E. W. &Zweekhorst, M. B. M. The triple helixenriched with the user perspective: A view from Bangladesh [J]. The Journal of Technology Transfer, 1999,24 (2), 235-246

[36] Carayannis, E. G. & Campbell, D. F. J. ‘Mode 3’ and ‘Quadruple Helix’: toward a 21st century fractal innovation ecosystem [J]. International J ournal of Technology Management, 2009, 46 (3), 201-234

[37, 42] Leydesdorff, L. & Sun, Y. National and International Dimensions of the Triple Helix in Japan:University-Industry-Government versus International Co-Authorship Relations [J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology, 2009, 60 (4), 778-788

[38] Leydesdorff, L. TheTriple Helix, Quadruple Helix,…, and an N-Tuple of Helices: Explanatory Models for Analyzing the Knowledge-Based Economy? [J]Journalof the Knowledge Economy, 2012, 3 (1), 25-35

[39]洛埃特•雷迭斯多夫，乌云等译. 科学计量学的挑战[M]. 北京：中国科学技术文献出版社，2003

[41] Park, H.W. & Leydesdorff, L. Longitudinal trends in networks of university-industry-government relations in South Korea: The role of programmatic incentives [J]. Research Policy, 2010, 39 (5), 640-649

[43] Leydesdorff, L. &Fritsch, M. Measuring the Knowledge Base of Regional Innovation Systems in Germany in terms of a Triple Helix Dynamics [J]. Research Policy, 2006, 35(10),1538-1553

[44] Leydesdorff, L. &Strand, Ø. The Swedish System of Innovation: Regional Synergies in a Knowledge-Based Economy [J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology, 2013, 64(9), 1890-1902

[45] Leydesdorff, L. &Zhou, P.Measuring the Knowledge-Based Economy of China in terms of Synergy among Technological, Organizational, and Geographic Attributes of Firms [J]. Scientometrics, 2013, Inpress: doi:10.1007/s11192-013-1179-1

[46] Choi, S.;Park, J-Y & Park, H.W. Using social media data to explore communication processes within South Korean online innovation communities [J]. Scientometrics, 2012, 90(1), 43-56

[47]Kim, M. & Park, H.W. MeasuringTwitter-based political participation and deliberation in the South Korean context by using social network and Triple Helix indicators [J]. Scientometrics, 2012, 90(1):121-140

[48]Khan, G. F. & Park, H. W. Measuring the triple helix on the web:Longitudinal trends in the university‐industry‐government relationship in Korea [J]. Journalof the American Society for Information Science and Technology, 2011, 62(12), 2443-2455

[49]Khan, G. F. & Park, H.W.International collaboration within electronic government research domain: A triple helix network analysis of collaboration at the regional, country, and institutional levels [J]. GovernmentInformation Quarterly, 2013, 30 (2),182-193

[50]Etzkowitz, H. & Leydesdorff, L. The Dynamics of Innovation: From National Systems and 'Mode 2' to a Triple Helix of University-Industry-Government Relations [J].Research Policy,2000, 29 (2),109-123

[51]Leydesdorff, L. The Mutual Information of University-Industry-Government Relations: An Indicator of the Triple Helix Dynamics [J]. Scientometrics, 2003, 58(2), 445-467

[52]Leydesdorff, L. The Knowledge-Based Economy: Modeled, Measured, Simulated [M]. Boca Raton, FL: Universal Publishers, 2006

[53]Leydesdorff, L. Redundancy in Systems which Entertain a Model of Themselves: Interaction Information and the Self-organization of Anticipation [J]. Entropy, 2010, 12(1), 63-79

[1]叶鹰（1962-），男，四川合江人，教授职称，博士学位。