基于主路徑分析算法的中國數字技術擴散效率研究

周 勇， 楊其錦

（西安建筑科技大學 管理學院， 西安 710055）

0 引 言

數字經濟以數字技術為核心驅動力，通過數字產業化及產業數字化推動著全球產業數字化轉型與高質量發展。 加快發展數字經濟，推動互聯網、大數據、人工智能等數字技術同實體經濟深度融合是中國發揮數字技術賦能經濟發展作用的重要舉措。 根據《中國數字經濟白皮書2021》，2020 年中國數字經濟規模達到39.2 萬億元，占GDP 的比重達38.6%。 數字經濟對傳統經濟產生的技術溢出效應是推動中國整體產業結構升級的“新引擎”。 在此背景下，數字技術的應用已成為各行業未來發展的趨勢，關乎行業的可持續發展，數字技術向傳統產業的擴散更是中國經濟邁向高質量發展階段的重要任務［1］。

數字技術向傳統產業擴散過程中，面對的技術、市場環境更加多變且充滿不確定性，使得政府、行業決策者在促進數字技術擴散時面臨著更大的投資決策風險。 同時，數字技術仍處在擴散的早期階段，即數字技術并未深度擴散到國民經濟的各個行業，為促進數字技術的進一步擴散，有效實現其對經濟增長的貢獻，數字技術擴散的基本模式與效率是當前研究的基礎與關鍵［2］。 數字技術的擴散效率對各傳統行業的創新能力具有直接的影響作用，能有效促進傳統行業的創新產出與產業轉型高質量發展，明確數字技術擴散的基本模式與效率，對于決策者制定加速數字技術擴散的公共政策具有十分重要的意義。

目前關于數字技術擴散效率的研究較少，相關的研究主要集中在擴散效率與創新能力的關系、擴散效率的效應研究等方面，且多采用企業層面的技術擴散指標，數據來源與角度單一［3］。 對傳統產業發揮顛覆性影響的往往是關鍵性數字技術，可能改變傳統產業的原有布局，影響傳統產業發展方向的選擇［4］。 因此，對關鍵數字技術擴散效率的研究更有現實的指導意義，對于政府和企業把握數字技術擴散影響范圍及擴散階段、選擇具有重要價值的發展、投資方向具有決策支持作用［5］。

許多學者認為技術擴散主路徑上的技術是該技術領域的關鍵技術，既能反映技術發展的軌跡又對技術進步具有決定性作用［6］。 本文提出在識別數字技術擴散主路徑的基礎上，研究其擴散效率，實現對數字技術跨領域擴散的基本模式的識別與趨勢預測，又能真實反映當前數字技術擴散效率現狀，對政府政策制定者、行業領導者促進數字技術擴散具有重要指導意義。

1 文獻綜述

1.1 數字技術擴散主路徑

基于專利引文網絡，Dosi［7］提出了“技術擴散主路徑”這一概念。 技術擴散主路徑能詳實的反映技術的發展脈絡與發展趨勢，以及該技術領域的關鍵技術，這為識別數字技術擴散的基本模式及趨勢提供了工具，更是分析數字技術擴散效率的基礎。Hummon 與Doreain［8］最早提出了主路徑分析的具體方法。 本文以此為基礎選擇SPNP 算法進行數字技術擴散主路徑的分析。

技術擴散主路徑的研究取得了豐碩成果，許多技術的演化過程與過程中的核心技術得到清晰的呈現，如激光顯示技術的演化軌跡識別，富勒烯領域的引文主路徑及核心專利的識別，光伏電池板領域的技術軌道識別［9］。 數字技術擴散主路徑的研究與其他技術擴散主路徑研究相似，往往只研究某一數字技術的擴散主路徑，孫冰等［10］選擇手機芯片技術為研究對象，根據1990～2015 年的專利數據構建了手機芯片技術專利引文網絡，依據網絡拓撲參數確定了專利引文網絡的核心專利，識別了手機芯片專利的技術擴散主路徑，并基于隨機游走的中介中心度（BCRW）算法完成了對專利權人網絡中核心企業的甄別研究；王麗麗等［6］以3D 打印技術為例研究，繪制了技術發展的軌跡。 不同數字技術間的作用是互補的，因此考慮全部類型的數字技術的擴散現狀，能夠更準確的識別數字技術的關鍵技術［11］。

1.2 數字技術擴散效率

目前，國內數字技術處于擴散早期階段，識別數字技術的擴散效率是研究數字技術擴散影響的基礎［2］。 數字技術擴散效率是檢驗其擴散結果與現狀的重要衡量標準，能夠反映數字技術擴散的有效性。 數字技術擴散效率的提高對傳統技術的創新發展具有直接影響，有效的擴散能使傳統產業在較短的時間內實現數字化轉型與高質量發展［12］。 此外，對技術擴散效率的研究中，學者們多選擇技術擴散速度、廣度和深度3 種指標進行測度［13］。

對技術擴散速度的定量研究主要有兩類方法：一種是以投入-產出模型為基礎， 針對企業的技術擴散速度的研究，這種方法無法反映變量隨時間變化的關系，且針對企業的研究存在明顯的局限性［14］；另一種方法是用“平均引用延時”或“平均擴散速度”指標測度技術向其他領域擴散的速度，這種方法是可行、有效的，但無法考慮部分技術因其重要性而被跨越較長時間引用的特殊情況，導致計算的擴散速度與實際情況存在差異，無法真實反映其擴散情況。 在技術擴散廣度、深度的定量研究中，通過專利的技術領域歸屬，將引用關系轉化為技術領域間的關聯，進而對其擴散廣度、深度進行識別的方法得到了學者們的廣范使用，但由于在計算過程中默認涉及的專利的重要性均等，存在單一性測量的問題［15］。 本文認為在識別數字技術擴散主路徑的基礎上，對技術擴散效率進行分析，有效避免擴散效率定量研究中存在的問題。 從專利引文網絡中提取的技術擴散主路徑既能夠反映技術擴散隨時間發展的動態過程，又能夠識別出關鍵專利技術，在此基礎上進行數字技術擴散效率的分析能真實反映出數字技術跨領域擴散的現狀，并且能夠較好的預測傳統技術領域中數字技術擴散的潛力。

2 數據來源與方法

2.1 數據收集與處理

本文根據國家統計局2021 年發布的《數字經濟及其核心產業統計分類（2021）》，將4 大類數字經濟核心行業所包含的125 種技術定義為數字技術，非數字經濟行業按國民經濟行業代碼前4 位進行行業劃分；收集了智慧芽專利數據庫2000～2019 年之間公開的專利數據。 數字技術專利的檢索式為：TI ＝數字技術國民行業經濟代碼，設置檢索時間為：申請日2000-2019 且檢索被引用次數≥1 的數字技術專利，截止到2019 年12 月31 日。 非數字技術專利為2000-2019年公開的專利數據剔除數字技術專利后引用專利量和被引用專利量≥1 的所有專利，經過過濾和剔除等數據清洗后，共收集到技術專利2 006 908條。

2.2 擴散主路徑分析

目前，最主要的擴散主路徑分析算法有3 種：Search Path Count（SPC）、Search Path Node Pair（SPNP）、Search Path Link Code（SPLC）。 SPNP 算法相較于另外兩種算法更易于區分技術發展過程中的主要脈絡，更適合本文對數字技術擴散主路徑的識別［10］。 因此，本文采取SPNP 算法確定數字技術擴散主路徑，通過源節點出發的所有路徑來計算相鄰兩節點之間的鏈接在所在路徑上連接的所有的遍歷次數，計算方法如式（1）所示：

其中，（u，v） 表示專利u指向專利v的有向鏈接；L-（u） 表示專利u直接或間接引用的所有專利節點數，包括專利u本身；L＋（v） 表示所有直接或間接引用專利v的專利節點數，包括專利v本身。

2.3 擴散效率測量

隨著技術擴散理論研究的不斷深入，許多學者構建了多種指標研究技術擴散效率，利用處理后的專利引文數據，基于數字技術擴散主路徑，本文選擇了以往學者廣泛使用的3 種指標測量數字技術擴散效率：數字技術擴散速度、廣度和深度。

本文以長沙市土地利用調查成果數據為基礎，選擇望城區為研究區域，基于InVEST模型，評價了其生境質量，探討了其空間分異特征。

數字技術擴散速度：本文選擇了貴淑婷［16］提出的基于主路徑角度構建的擴散速度指標，結合主路徑對數字技術的擴散速度進行分析，可以更準確的把握作為關鍵節點的數字技術的擴散規律。 單位時間內經歷的關鍵節點越多，說明主路徑上的技術擴散速度越快。 因此， 將主路徑上的技術擴散速度TDS_M用式（2） 表示：

其中，Nd是主路徑上的節點數量；Tmax為主路徑上各節點中的最大節點值；Tmin為主路徑上各節點中的最小節點值。

數字技術擴散廣度：Liu［17］提出對于一組論文，施引論文所屬的ESI 學科數量即為該組論文的“學科擴散廣度”，專利文獻的擴散廣度即為施引專利所包含的類別。 本文利用公開號區分引用專利，進行指標測度，主路徑中的數字技術擴散廣度為該路徑包含節點的擴散廣度的均值。

數字技術擴散深度：根據喬錚［18］的方法，擴散深度表示某一技術領域向其他技術領域釋放知識的能力。 本文將數字技術在某一條技術領域的主路徑中的技術占比表示為其技術擴散深度。

3 結果分析

3.1 中國數字技術的發展趨勢

本文將2000 ～2019 年中國專利數據進行了整理，并繪制了中國數字技術及所有技術專利申請趨勢如圖1 所示。

圖1 2000-2019 年中國專利申請趨勢Fig.1 Trend of patent applications in China， 2000-2019

從圖1 可見，數字技術同其他技術專利申請趨勢相似：2000～2009 年，數字技術相關專利申請量相對較少，曲線較為平緩，是中國數字技術的起步階段；2009～2015 年，數字技術相關專利每年的申請數量均超過100 000 條，且以每年2 ～4 萬條速度平穩增長；2015 年后，數字技術相關專利申請量以每年超過6 萬條的增長量高速發展，并在2018 年達到巔峰值，是中國數字技術高速發展的重要階段。

3.2 數字技術擴散主路徑分析

圖2 數字技術擴散主路徑Fig.2 Main path of digital technology diffusion

3.3 數字技術擴散效率分析

基于主路徑分析的數字技術擴散效率分析見表1，數字技術擴散效率在不同領域達到了不同的效果。 在數字技術各個擴散主路徑中，數字技術擴散速度均已超過1.0，擴散廣度也保持在較高水平，反映出數字技術以其滲透性、協調性和替代性特征已快速、廣泛地滲透到傳統行業中。 但數字技術擴散深度普遍較低，僅有4 條主路徑中的擴散深度超過0.5，也從側面反映出中國雖已認識到數字技術擴散的必要性與緊迫性，但在各技術領域內的擴散仍處于早期階段，擴散深度不足，需要行業決策者根據各行業發展特征促進數字技術在本行業深度擴散。

表1 數字技術擴散效率分析Tab.1 Diffusion efficiency analysis of digital technology

擴散速度最快的是主路徑12，該主路徑的擴散深度也最大，數字技術在該主路徑中擴散效果最好。主路徑12 涉及領域為液晶顯示設備制造業，具體應用場景如手機、電視、電腦、車載儀表盤等，數字技術的擴散使得該技術領域取得了重大技術突破，滿足人民對高質量顯示面板的需求。 同時，數字技術的擴散使得液晶顯示設備制造實現了數字化轉型，數字化研發設計普及率已遠超全國各行業整體水平。主路徑10 的擴散廣度值最高，但其擴散深度值處于最低水平，僅為0.07，該主路徑涉及定位、導航儀器儀表專用設備制造業，具體應用場景如無人駕駛汽車、無人機等先進設備的定位系統，較低的擴散深度與較高的擴散廣度，說明了數字技術在該技術領域初步擴散，但未來在該領域影響范圍較大，是有潛力的數字技術應用領域。 主路徑3、6、11、13 的數字技術擴散深度值較低，但擴散速度、廣度值均處于較高水平，未來化學纖維制造業、通用設備制造業、醫學康復、檢測器材制造業將迎來數字技術快速、大范圍擴散的契機。 主路徑二反映出仍有部分數字技術處于本領域內擴散的階段，需要技術研發者尋找其跨領域擴散的“引爆點”。

4 結束語

本文在擴散主路徑的基礎上分析了數字技術在不同技術領域的擴散效率情況，更加細化地描述數字技術的擴散現狀，為技術研發者與企業決策者更有針對性的制定企業數字化轉型方案提供了指導。隨著技術的發展，數字技術在各技術領域的擴散效率呈現多樣化并有很強的相似性，即多數技術領域數字技術擴散深度有待提高，但由于保持著較高的擴散速度與廣度，數字技術相比其他技術的擴散，可以有效縮短技術的擴散周期，能以較短的時間實現與各傳統產業部門的深度融合，使傳統產業形成新的技術范式與經濟活動。 此外，從各主路徑涉及技術領域可知制造業是目前數字技術擴散的核心行業，受益于國家對制造業高質量發展的推動，數字技術能夠在制造業廣泛且深度擴散。 其他數字技術擴散不充分的傳統行業應積極借鑒制造業數字化發展的經驗，助推本行業數字化轉型，以期迎來新的行業發展機遇。

數字技術正以其獨特的滲透性、協調性和替代性經濟-技術特征改變著傳統行業技術發展格局與方向，探索數字技術向傳統行業擴散的效率特征是當前數字技術研究的重點與關鍵，反映各行業數字技術擴散的現狀與規律，明確數字技術在各行業擴散所處的階段，對于政府制定加速數字技術擴散的公共政策具有重要意義。 各行業應把握數字技術擴散的發展契機，建立良好的行業環境、培養專業的技術人才，以通過行業數字化轉型實現高質量發展。

本文通過引文網絡進行了路徑識別，在此基礎上，結合網絡特征理論與技術擴散理論深入剖析數字技術擴散效率的影響機制，構建相應的理論模型，更有利于推進數字技術的擴散。