基于時間序列單方向因果測度的多國電子信息產業經濟發展分析

張慧穎，郭佳冰

(天津大學管理與經濟學部，天津 300072)

基于時間序列單方向因果測度的多國電子信息產業經濟發展分析

張慧穎，郭佳冰

(天津大學管理與經濟學部，天津 300072)

通過主體對比法研究中、美、日3國電子信息產業的發展歷程，從中尋找對中國電子信息發展的啟示。以專利產出對產業經濟的影響為研究點，利用計量經濟學方法探究了多個專利指標與經濟指標在宏觀動態經濟系統中的內穩態關系?；趨f整和誤差修正概念建立向量自回歸模型，將時間序列計量方法應用于產業經濟狀況分析，在Granger因果測度條件下，利用多變量時間序列的單方向因果測度，定量描述專利發展對電子信息產業經濟的FMO，OMO值。得出以下結論：授權數與GDP在Granger理論意義上存在弱因果關系；發明占比與GDP存在雙向的因果關系；專利數量和發明占比對GDP的OMO值為0.450，兩者存在內生聯系，對經濟發展具有協同作用。

電子技術其他學科；電子信息產業；專利；時間序列；Granger因果；單方向測度

20世紀90年代以來，以通信、計算機及軟件產業為主體的電子信息產業成為當今世界上最重要的戰略性產業。良好的發展態勢和對國家經濟的突出貢獻使得各個國家開始重視電子信息產業的發展潛力，擁有諸多跨國公司的美、日等發達國家在競爭中越發強勢，形成了電子信息產業內的大國馬太效應。

電子信息產業的主要利潤取決于核心技術、知識產權、自主品牌和生產規模，其中擁有核心技術的知識產權數量至關重要。根據世界知識產權組織提供的數據，中國在2013年超過德國，成為僅次于美、日的世界第三大專利申請國，增速為全球首位。但是，在專利數量規模迅速增長的表象之下隱藏著一個嚴重的問題，即中國的專利轉化率遠低于發達國家。世界銀行的統計數據顯示，中國專利技術應用商品化率不到專利總數的20%。由于專利的轉化效率過低，因此中國專利沒有很好地起到推動產業經濟發展的作用。

1 國內外研究現狀

專利作為最具代表性的知識產權，與經濟增長的關系已經成為國內外學術界研究的焦點，其中不乏優秀的研究成果。找出專利如何推動產業經濟增長的作用關系，對提升產業競爭力有至關重要的作用。國外相關研究圍繞內生增長理論、技術創新、技術轉移等方面展開。20世紀70-80年代，KENNETH[1]從技術進步內生的角度出發，將技術進步引入經濟增長理論，認為技術進步是經濟長久增長的內在源泉，且技術知識的增長源于研究開發部門，以此形成了內生增長模型(Endogenous growth model)，強調R&D的重要性，認為R&D經費的投入加快了知識和技術的積累效率。由于知識溢出效應(Knowledgespillover effect)的存在，KOCHHAR[2]對專利技術保護在不同國家不同領域內發揮的作用做出了研究，在食品和醫藥領域中發達國家通過先進技術共享和公共信息披露實現了高速的產業經濟發展，而發展中國家因為技術壁壘等原因則處于劣勢。ANGUS[3]分析專利政策對經濟增長和不平等的影響，開發了財富的異質性和彈性的勞動力供給的質量階梯模型，發現加強專利保護會增加經濟增長，刺激研發支出和收入不平等。KEITH[4]發現，在國家貿易角度專利制度主要通過影響貿易商品的定價、FDI、技術許可等方面影響經濟發展。這些研究肯定了專利保護對經濟發展具有顯著的促進作用，專利與經濟增長具有相關性。

陳美章[5]肯定了專利制度對經濟發展的激勵作用、調節作用、保護作用和公開作用。潘向軍等[6]從宏觀層面做出了解答，認為專利制度從地域、知識、結構3個維度對技術創新進行激勵。吳志鵬等[7]從微觀層面解釋了專利制度從專利長度、專利寬度、專利高度3個維度對技術創新進行激勵。葉靜怡等[8]還對專利法2次改革后的創新激勵效應做了研究，研究結果證實了專利制度的變革推動了高技術行業的技術創新。曾昭法等[9]采用了協整和誤差修正模型實證研究專利對中國經濟增長的影響。結果表明，專利制度自引入中國以來，對中國經濟增長具有顯著的促進作用。馬軍杰等[10]采用全要素生產率分析框架，運用2000-2008年中國30個省區的社會經濟面板數據對專利產出績效進行實證分析，得出中國專利產出績效呈上升趨勢的結論。

2 中、美、日電子信息產業發展對比

2.1 美國電子信息產業發展狀況

根據《世界電子數據年鑒》2013年度的數據，美國電子信息產品市場總額為4 331億美元，同比增長3.3%。2009年市場總額雖然受金融危機影響下滑，但2010年即出現強勢反彈。經過近5年的發展，美國電子信息產業趨于平穩，未來總體趨勢良好。美國電子信息產業之所以能取得如此輝煌的成就，原因在于：1)其擁有一套系統且成熟的制度和機制，包括完善高效的創新激勵機制、人才培養激勵機制和技術研發機制；2)其具有高度發達的金融資本市場，通過強大的資金融通功能，將全球資金為其所用，為其電子信息產業發展提供厚實的資本保障；3)重視基礎研究、技術研發，出臺一系列政策向此傾斜，鼓勵技術創新、基礎實驗等研究[11]。

美國電子信息產業布局主要集中在東西部沿海帶的6個州和中部的4個州，密集鏈接的布局有利于同產業企業間的合作和資源交流。其實，在形成如今的電子信息產業布局之前，美國東北部的新英格蘭、大西洋沿岸地區是最早實現工業化發展的老工業區，包括電子工業在內，這些地區是美國早期工業最發達的地區，但是從19世紀70年代開始，美國電子信息產業總體出現了從傳統東北工業區向西部、南部“陽光地帶”轉移的趨勢。

美國電子信息產業向西部、南部“陽光地帶”轉移的原因在于：1)物流運輸等交通成本降低，20世紀20年代以后，航空技術、電訊技術突飛猛進,貨運汽車的發展使得原料、運輸成本大幅度下降；2)生產要素成本低廉，“陽光地帶”大多未開發或初次開發，土地供給充足，勞動力價格便宜；3)稅收政策優惠，美國西部和南部的各級政府為吸引外來投資者，特別是吸引東北部老工業區域的企業遷入,紛紛實行較為優惠的稅收政策，極大降低了企業成本。

2.2 日本電子信息產業發展概況

日本在當今全球電子信息產業中處于核心圈和產業鏈的高端位置，是僅次于美國和中國的全球第三大電子信息產業大國。根據《世界電子數據年鑒》統計，2011年日本電子信息產業總產值達到1 634.7億美元，其中集成電路、消費電子產品、通信設備、液晶器件等行業產值位居前列，貢獻了約51.4%的產值。

日本從起初的零基礎到如今的電子信息產業世界大國，大致經歷了3個發展階段：1)初期階段(1957-1970年)，這個階段的主要任務是技術引進、消化、吸收；2)趕超階段(1971-1985年)，該階段的主要任務是在原基礎上進行技術創新、體制創新；3)調整階段(1986年至今)，這段時間日本開始了產品結構的重構和產業結構的重整[12]。

1957年6月，隨著日本政府第1次頒布的有關促進電子工業的法律——《電子工業振興臨時措施法》的實施，日本電子制造業開始了快速發展的階段?？恐拇罅χС?，日本不斷引進本國發展所需的先進技術，吸引外資補充本國工業發展需要，在短時間內縮小了與先進國家的技術差距。1971年至1985年間，日本政府依舊對電子信息產業發揮了至關重要的調節作用，其強化開展半導體制造，幫助日本企業通過加強自身研發、生產能力，有效抵御了歐美地區老牌半導體制造商的競爭，并且進一步以半導體為核心，帶動日本電子信息產業整體上升，使日本在不到30年的時間內成為繼美國之后全球第二大電子工業強國。20世紀80年代后期，日本電子信息產業發展進入困境，開始進行產業結構調整。1995年，日本提出以科技創造力為基礎，全面推進“創新立國”的戰略構想，將生命科學、信息通信、環境科學和材料科學列為研發重點領域。2001年，移動通信和網絡技術迅速發展，日本提出發展信息化網絡、擴大網絡技術應用技術的目標，信息化領域集中發展IT戰略。這些產業結構的矯正調整頗有成效，使日本成為了當今世界信息化技術強國。

2.3 中國電子信息產業發展

電子信息產業當屬中國與國際接軌最早、發展速度最快的產業。近幾年，作為戰略性新興重點發展產業，電子信息產業整體運行呈現高速發展趨勢，規模效益凸顯并穩步提升，在國民經濟中的重要程度持續提高。2013年，中國電子信息產業銷售收入總規模已達到12.4萬億元，同比增長12.7%，電子信息制造業增加值增長12.7%，明顯高于同時期工業11.1%的平均水平?？梢?，中國電子信息產業在工業經濟中保持著領先地位，已經躍居為中國國民經濟重要的支柱性產業[13]，支撐作用不斷加強。在世界范圍，中國也是重要的電子信息產品生產加工基地之一。

與電子信息產業強國相比，中國還存在差距，主要問題體現在以下幾方面。

1)規模效應不明顯 由于國情，每年都有大量的電子信息企業成立，產業組織松散，市場完全競爭，企業數量越來越多，但是具有絕對實力和國際競爭力的大企業卻很少，沒有形成規模經濟[14]。

2)自主創新能力不足 中國沒有建立成熟的技術開發體系，應用研究與市場需求嚴重脫節。缺少核心專利技術導致了中國電子信息企業利潤微薄，低成本的制造對產業發展幫助甚微。

3)研發投入能力與世界強國相比較低 電子信息產業屬于知識密集型、技術密集型產業，是高投入高收益伴隨高風險的產業，技術和創新需要持續性的研發收入作為支撐和保障。

3 專利對促進經濟增長的作用

技術創新是中國增加電子信息產業國際競爭力的重要環節，提升企業的創新能力，研發關鍵核心技術并進行工業化生產，實施高質量的知識產權保護，能夠極大縮小與美、日等電子信息產業強國的差距。

3.1 模型建立

本文選取了YAO等[15]提出的單方向因果測度理論為主要分析方法。該方法基于協整概念和Granger非因果性理論，發展了頻譜域和時間域的因果測度，以此為據討論經濟時間變量間的因果影響。本文計量經濟模型的思路是：首先建立誤差修正模型(ECM)，選取專利和經濟計量的若干個指標，將數據轉化為頻譜域計算。得到單方向因果測度譜圖，分析專利與行業經濟存在的長短期關系和因果關系。得到全方向因果測度值，若為零，則不存在Granger因果關系；否則，值越大，相關性越強。

3.1.1 協整概念

在計量經濟學中，系統是動態變化的，但是如果一個時間序列xt的聯合概率分布不隨時間而變，即對于任何n和m，x1，x2，…，xm的聯合概率分布與xn+1，xn+2，…，xn+m的聯合分布相同，則稱該時間序列是嚴格平穩的。通常稱平穩過程或白噪聲過程為0階積分過程。對于非平穩時間序列Y(t)，如果存在正整數k使其i階差分Δiy(t)(i=1,2,…,k)非平穩，但是Δky(t)～I(0)，則稱Y(t)為k階積分過程，記為Y(t)～I(k)。

3.1.2 ECM模型

在建立模型之前，提出以下前提假設：

1)在現實的社會經濟活動中,雖然有許多統計指標的時間序列表現出非平穩特征,但經一次差分變換后這些非平穩時間序列近似地服從平穩過程；

2)專利制度對經濟發展的確存在一定程度的促進作用，滯后期約為3年；

3)模型殘差符合正態分布，模型參數估計符合統計學意義。

在滿足上述前提假設情況下，建立時間序列分析中廣泛應用的p維向量自回歸協整過程的誤差修正模型(ECM模型)：

μ+ΦP(t)+ε(t)，

(1)

式中：β為協整空間向量的基；αβT為秩為r的p×p階矩陣；P(t)為(sd-1)維中心化季節虛擬變數向量，sd是季節周期數，對于季度統計數據,sd=4；ε(t)為均值為零協方差矩陣∑的p維白噪聲過程；μ為p維向量，例如一般回歸模型中y(t)=μ+x(t)+ε(t)；a為滯后階數，選擇標準為在合理程度內與結果誤差無關，本文a=3。

③協整空間向量的基β=(ρ1,ρ2,…,ρr)，即標準化后V=(v1,…,vp)的前r個列向量。

ECM模型參數的估計關鍵在于確定多變量時間序列Z(t)的協整關系個數以及協整向量空間的基β。已知此兩者之后，只要對Z(t)進行預處理，并運用OLS方法即可估計其他所有參數，α和Γ(k),k=1,…,a-1。

3.1.3 單方向因果測度

定義單方向因果測度的基本思路，源于對平穩隨機過程的預測理論。為了更好地分析多變量時間序列間的長期和因果關系，以下討論均在[-π,π]的頻譜密度域進行討論[15]。假設X(t)和Y(t)分別為p1和p2維向量(p1+p2=p)，{X(t),Y(t)|t=1,…,T}為均值為零的平穩隨機過程，那么{X(t),Y(t)}的譜密度函數矩陣為p階方陣f(λ)：

(2)

式中：f11(λ)是X(t)的p1×p2階譜密度函數矩陣;f12(λ)是X(t)和的p1×p2階交差譜密度函數矩陣。

對于頻譜密度函數的轉化，通過頻譜響應函數Λ(e-iλ)得到。Λ(e-iλ)是復平面圓{z:|z|<1}內無根的p×p階矩陣值解析函數Λ(z)的邊界值。

(3)

(4)

基于計量經濟學中格蘭杰的非因果理論，定義為λ(0<λ≤π)為參數的X(t)對Y(t)的單方向頻譜因果測度(frequency-wise measure of one-way effect, FMO)：

FMOX→Y(λ)=log[detf11(λ)/det(f11(λ)-

(5)

FMO表示頻譜域上2組變量間的影響強弱的變化情況，為了更好描述2組變量間是否存在格蘭杰因果關系，引入單方向全測度(overall measure of one-way effect, OMO)：

(6)

OMO值代表了X(t)對Y(t)的綜合影響強度：當OMO值等于0時，即不存在格蘭杰因果關系，X(t)完全不對Y(t)產生任何影響；當OMO值大于0時，存在格蘭杰因果關系，OMO值越大，影響程度越強。

3.2 模型實證

文章主要選取了3個指標：中國電子信息產業生產總值(記為GDP)，專利有效授權數(number of licenses，記為NL)，發明占比(invention rate，發明數量占3種專利類型總量比率，記為IR)。數據來自于:國家統計局(http://www.stats.gov.cn/)、國家知識產權局(http://www.sipo.gov.cn/)和SooPAT專利檢索數據庫。

根據式(1)得到p維3階ECM模型：

ΔZ(t)=αβTZ(t-1)+

(7)

表1 二變量模型特征值和特征向量及跡統計量

表2 三變量模型特征值和特征向量及跡統計量

文章選取了2個專利指標和一個行業經濟指標，對不同的p1和p2選取，分析不同變量組之間的單方向因果關系?；谘芯繉＠贫葘﹄娮有畔a業GDP的關系，只給出了一些具有重要現實意義的結果圖。圖1至圖4給出了二變量模型的結果圖，圖5給出了三變量模型的結果圖。

圖1 專利授權數對產業GDP

圖2 產業GDP對專利授權數

圖3 發明占比對產業GDP

圖4 產業GDP對發明占比

圖5 專利授權數+發明占比對產業GDP

專利有效授權數對電子信息產業GDP的全測度OMO值為0.144，相反，GDP對授權數的OMO值為0.001，說明在格蘭杰理論意義上，GDP的提高對專利授權數的增加幾乎沒有意義，專利數量的迅速增加可能是專利保護政策出臺引起，而授權數對GDP增長有一定推動作用。授權數對GDP在頻譜域[0,1]存在一個漸變弱的峰，說明在電子信息產業開始發展時專利技術的確發揮了推動經濟的作用，但是隨著政府出臺專利獎勵制度，低質量的專利大量出現，單純從專利數量角度討論對GDP的影響不夠全面，如圖1所示。發明占比與GDP存在雙向的因果關系，技術革新往往最能推動行業經濟，發明占比對GDP在頻譜域[0,0.5]和[2.5,3.14]分別有2個峰，說明在研究時期(1990-2012年)內，有過2次大的技術繁榮期，第1次大致為1990-1995年，恰好是20世紀90年代以通信、計算機及軟件產業為主體的電子信息產業的繁榮發展時期；第2次從2006年開始，至今未達到頂峰，而如今正是互聯網時代，與之相關的硬件生產商和軟件供應商需求增大，并且短時期這種影響還會持續，如圖2，圖3所示。

對3個變量模型分析后可發現，專利數量和發明占比對GDP的OMO值為0.450，說明許多經濟變量存在內生聯系，對經濟發展的協同作用比單一作用更加明顯(見圖5)。比較2個二變量模型FMO圖發現很相似，都是在[0.0.5]域有一個下降的峰，近期又有上升趨勢?？梢?，中國電子信息產業自開始發展至今，專利技術一直對其存在影響，且隨著產業的繁榮更為凸顯。

4 政策啟示

通過對比中、美、日3國電子信息產業的發展情況，得出對中國電子信息產業發展的一些啟示。

1)積極出臺政策法律措施。當前中國國家層面對產業轉移進行規范引導的法律、法規和文件，不但頒布得不夠及時且數量相對較少，需要進一步加強。

2)持續加強基礎設施建設?；A設施建設水平是承接外部產業轉移的基石，基礎設施的好壞決定了當地產業成長的硬環境的好壞。中國應做好產業轉移的硬件準備，將電子信息產業向中西部轉移。

3)提升研發投入力度，鼓勵技術創新發展，健全專利法律保護，強化專利保護意識。

4)消化吸收國外先進技術，自主創新，掌握關鍵技術，建立屬于中國的電子信息產業技術壁壘。

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Research of electronic information industry economy growth based on time series and measures of one-way effect

ZHANG Huiying， GUO Jiabing

(School of Management and Economics, Tianjing University, Tianjin 300072, China)

The development history of electronic information industry in China, America and Japan is studied through subject comparison to find out enlightenments for China. The promoting role of patent technology to electronic information industry economy is focused, and econometric quantitative method is used to explore the homeostasis between multiple patent and economic indices in the macro dynamic economic system. Based on the concepts of cointegration and error correction vector auto-regressive model, time series is applied to the analysis of industry economy. Under the condition of Granger causality measure, by using multivariate time series measure of one-way effect, the FMO value and OMO value of patents to industry development are quantitatively described. The main results are as follows: 1)there is a weak Granger causality form NL to GDP; 2)there is a two-way Granger causality between IR and GDP; 3)OMO from NL+IR to GDP is 0.450 indicating these indices are endogenous, and having synergy effects on economic growth.Keywords:electronic technology; electronic information industry; patent; time series; Granger cause; measures of one-way effect

1008-1534(2015)06-0467-07

2015-09-11;

2015-10-08；責任編輯：張 軍

國家知識產權戰略實施研究基地2013年度專項研究任務(ZX130403)；天津市科技發展戰略研究計劃專項(13ZLZLZF08900)

張慧穎(1967—)，女，山東壽光人，教授，博士，主要從事科技管理、技術創新方面的研究。

E-mail：hyzhang@tju.edu.cn

F222.3

A

10.7535/hbgykj.2015yx06001

張慧穎，郭佳冰.基于時間序列單方向因果測度的多國電子信息產業經濟發展分析[J].河北工業科技,2015,32(6):467-473. ZHANG Huiying GUO Jiabing.Research of electronic information industry economy growth based on time series and measures of one-way effect[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2015,32(6):467-473.