科技創新發展水平差異性探析

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摘要:科技創新是新時代粵港澳大灣區經濟實現高質量發展的新興驅動力，廣州市科技創新的協調發展對粵港澳大灣區均衡發展有著至關重要的作用。本文基于2009—2017年廣州市11個地區的空間面板數據，選取了反映科技創新發展水平的指標體系，使用穩健主成分分析方法計算穩健綜合得分，評價了廣州市科技創新發展水平，并利用分位圖直觀分析了廣州市科技創新發展水平的差異性。研究發現:廣州市科技創新發展水平不均衡，各地區存在顯著差異。

關鍵詞:科技創新;穩健主成分分析;分位圖;差異性分析

一、概述

2019年2月18日，中共中央、國務院印發《粵港澳大灣區發展規劃綱要》，再次強調了粵港澳大灣區建設，作為粵港澳大灣區四大核心城市之一的廣州的經濟發展就顯得尤為重要。科技創新是區域發展的引擎，是推動區域發展的靈魂與動力，是體現區域創新能力的重要形式。十八屆五中全會上，“創新”被置于五大發展理念之首，這標志著科技創新發展成為未來區域經濟發展實現戰略性調整的關鍵［1］。因此，本文旨在以科技創新為突破點，通過研究廣州市的科技創新發展水平的差異性及其影響因素，來促進廣州市乃至整個粵港澳大灣區的經濟發展。目前，基于已有文獻對科技創新進行的研究可知，已有文獻主要研究科技創新的影響因素以及科技創新對經濟發展的影響。對于前者，首先，在行業上金融體系的發展能極大地推動科技創新的發展，對科技創新具有長期、穩定的均衡支持作用。但隨著時期、區域、階段的變化，科技金融對科技創新有著不同的作用。其次，從投入產出來看，企業的資本、人力投入能顯著增加科技創新產出。最后，外資并購、老齡化、空間差異等也都會對科技創新產生影響。對于后者，多數學者認為科技創新對我國經濟發展具有顯著正向的影響，科技創新是經濟增長的驅動力［2］，作為科技創新的重要分支的金融科技創新就能有效地提高地區全要素生產率［3］。但是也有學者認為科技創新對區域經濟發展模式轉型作用具有不確定性，創新對經濟發展的支撐作用不僅取決于創新生產階段，更受制于創新支持下的經濟發展階段［4］。還有學者認為目前我國科技創新在短期內對提高全要素生產率存在顯著抑制作用［5］。綜上所述，我國對科技創新的研究較為豐富，這為本文進行廣州市科技創新的相關研究奠定了堅實的基礎。無論是科技創新的影響因素對其本身的影響，還是科技創新對我國經濟發展的影響都具有不確定性，不同區域、不同階段有著不一樣的結果;而廣州市又是粵港澳大灣區的四大核心城市之一，所以有必要對廣州市科技創新進行針對性的研究。

二、傳統方法的不穩健性及穩健算法

(一)傳統主成分分析方法的計算模型及不足

傳統主成分分析的建立主要可概括為以下幾個步驟:(1)對初始數據集標準化處理。對任意的樣本數據集X=X1，X2，…，Xp()，記變量Xi的均值為X－i=1n∑nj=1Xji，方差為Var(Xi)=1n－1∑nj=1Xji－X－i()2;(2)計算標準化處理后數據集的協方差矩陣S，再計算其相關系數矩陣Ｒ。相關系數矩陣是一個對角線為rii=1(i=1，2，…，n)的對稱矩陣Ｒ;(3)計算相關矩陣的特征根、特征向量、累積方差貢獻率。根據主成分算法的思想，我們取累積方差大于或等于85%的前m0m0(＜p)個主成分作為聚類的初始變量;(4)建立的主成分表達式，計算各樣本各主成分得分。令μi1，ui2，…，μip為第i個主成分Fi下特征向量λi對應的特征向量，再計算樣本xj在該主成分下的得分;(5)根據各個主成分得分來計算綜合主成分得分。我們知道協方差矩陣是一個不穩健的估計量，對離群值比較敏感，所以導致后面計算的相關矩陣、特征值、特征向量和累積方差貢獻率也受其影響，容易產生與實際情況不相符合的結果。其實協方差矩陣對離群值比較敏感主要是因為在它的計算中要使用到均值向量，而均值向量實際上只是對樣本數據的簡單求平均，這種計算方法很容易受到離群值的影響，從而導致協方差矩陣對離群值比較敏感，使得結果不具有穩健性。因此，本文采用穩健統計的思想來改進傳統主成分分析，以削弱離群值的影響。

(二)穩健主成分分析方法算法

穩健主成分分析方法的目的是構造一個穩健的協方差矩陣，去掉離群值的遮蔽效應，并降低離群值對協方差矩陣的影響。根據穩健主成分分析方法的基本思想，使用穩健統計量對傳統主成分方法進行修正，主要的算法如下:(1)通過改進FAST-MCD方法得到樣本的穩健均值向量T和穩健協方差矩陣S*，并再根據協方差矩陣S*計算出穩健相關矩陣Ｒ*;(2)計算穩健相關矩陣Ｒ*的特征值和特征向量，并計算主成分的載荷矩陣，得到穩健主成分的載荷，即第i個穩健主成分F*i下特征向量λ*i對應的特征向量，由此可得樣本xj在該主成分下的得分;(3)計算穩健方差貢獻率和穩健累積方差貢獻率:每個穩健主成分的貢獻率代表了原數據總信息量的百分比;(4)確定穩健主成分:設F1，F2，…，Fp為p個主成分，其中前m*0個主成分包含的數據信息總量不低于85%時，可取前m*0個主成分作為聚類的變量;(5)取樣本在前m*0個主成分得分作為新的數據集，并計算其穩健綜合主成分得分。

三、科技創新發展水平差異性的實證分析

(一)指標選取與數據說明

本文結合已有研究文獻，選取了如下專利申請量(項)、專利授權量(項)、科技支出投入強度(%)、地區生產總值(GDP，萬元)、全社會從業人員(人)、固定資產投資額(萬元)、高新技術企業數(個)和高新企業銷售收入(萬元)共8個指標作為衡量廣州市科技創新發展水平的初始變量，本文使用的數據均來自歷年《廣州市統計年鑒》。

(二)實證結果分析

本文將運用穩健主成分分析方法來綜合評價2009年至2017年廣州市11個地區科技創新發展的綜合水平。通過計算得到本文所選擇的研究數據的KMO值為0．52，Bartlett球形檢驗卡方統計值的P值為0．000，說明該研究數據適合作穩健主成分分析。穩健主成分分析的主要過程如下:首先，使用Ｒ軟件對數據進行標準化處理，建立變量的相關系數矩陣，并且求出相關系數矩陣的特征值、方差貢獻率以及累積方差貢獻率。第一主成分方差百分比為75．8%，第二主成分方差百分比為13．4%，累計貢獻率達到89．2%。其次，采用穩健主成分分析方法，按照累積方差貢獻率大于85%的標準建立穩健主成分載荷矩陣。前兩個主成分的累積方差貢獻率已達到89．2%，因此提取前兩個主成分，它們所代表的信息量已經能夠充分體現原始數據信息所提供的信息;最后，根據穩健主成分得分計算廣州市11個地區的科技創新發展水平的穩健綜合得分以及排名，見下表。由于數據矩陣經過了標準化處理，因此，從穩健主成分得分來看，如果某個地區的穩健主成分得分為正，則表明該地區的科技創新發展水平在廣州市平均水平之上;如果得分為負值，則表明該地區的科技創新發展水平在廣州市平均水平以下。根據廣州市11個區的科技創新發展水平的穩健主成分得分以及綜合排名的結果，可以看出:科技創新發展水平在廣州市平均水平以上的地區有6個，科技創新發展水平在廣州市平均水平以下的地區有5個。表1中的穩健主成分直接反映廣州市11個區的科技創新發展水平的高低:穩健主成分得分越高，說明該地區的科技創新發展水平越高;反之亦然。在廣州市11個區中，天河區的穩健主成分得分最高，為2．470，說明天河區為廣州市科技創新發展水平最高的地區。而穩健主成分得分最低的3個地區分別為南沙區、荔灣區、從化區，得分依次為－0．904、－0．994和－1．716，說明這些地區的科技創新發展水平在廣州范圍來看都是相對落后的，值得進一步關注。

(三)科技創新發展水平分位圖

接下來，本文將基于上表穩健主成分得分值，借助于分位圖的方法進一步分析廣州市科技創新發展水平的差異，并對每個地區的科技創新發展水平進行層次劃分。本文通過穩健主成分分析方法得到了體現廣州市科技創新發展水平的“穩健主成分得分”，運用Ｒ語言軟件，采用“NaturalBreaks(自然間斷)”［6］分類方法(自然間斷法)將廣州市科技創新發展水平分為5個等級，分別為－1.716～－0．904、－0．904～－0．616、－0．616～0．471、0．471～2．101、2．101～2．470，并將各個梯次的地區用不同的顏色表示，顏色越深代表科技創新發展水平越高，顏色越淺則代表科技創新發展水平越低，具體結果如下圖所示。由上圖可以看出，科技創新發展水平處于最高等級的是天河區、番禺區、黃埔區，綜合值在2．101～2．470之間;處于科技創新發展水平第二等級是白云區，綜合值在0.471～2．101之間;處于科技創新發展水平第三等級是花都區、越秀區以及海珠區，綜合值在－0．616～0．471之間;處于科技創新發展水平第四等級是增城區和南沙區，綜合值在－0．904～－0．616之間;最低等級是從化區以及荔灣區，其綜合值在－1．716～－0．904之間，這兩個地區科技創新發展水平比較差。總體而言，廣州市各地區之間科技創新發展水平存在一定的差距。

四、主要研究結論及政策建議

(一)主要研究結論

無論是從穩健主成分綜合得分角度，還是分位圖的角度，廣州市各地區的科技創新發展水平均存在顯著的差異。以天河區為代表的高科技創新水平的城市多具有較高的經濟發展水平和優越的資源稟賦，加上政策上的偏移，吸引了大量新的資本、人才資源，加快了其科技創新的發展;而以從化區代表的中、低科技創新水平的城市恰好正是因為經濟發展水平低，資源稟賦差等阻礙了其科技創新的發展。廣州市各地區科技創新的不均衡發展現狀將不利于廣州市的經濟高質量發展水平的提高，甚至阻礙粵港澳大灣區經濟文化社會的高質量發展。

(二)政策建議

現階段廣州市科技創新的協調發展受到了各地區科技創新發展不均衡，創新競爭不斷加劇的阻礙。一方面，廣州市整體上應該為科技創新的發展營造良好的創新環境，并致力于完善基礎研究投入機制，積極推進成果轉化，不斷引進培育科技人才，加強知識產權保護，大力推進技術創新，以此促進廣州市科技創新的發展。另一方面，加強各地區之間的合作是實現廣州市各地區科技創新水平均衡地、整體性地前進的必由之路。為了縮小各地區科技創新之間的差異，廣州市內部各區域應該加強科技創新協作:以天河區為代表的高科技創新發展水平的地區要繼續保持自身的優勢，充分利用核心區域的輻射作用與溢出效應，加強與中、低科技創新發展水平地區的合作，以合作帶發展;以從化區代表的中、低科技創新發展水平地區要抓住好機會，不斷學習高科技創新發展水平的地區的優秀科技創新理念、制度、技術，因地制宜，不斷提升自身的科技創新水平。

作者:胡杰 黃水仁 單位:廣東財經大學粵港澳大灣區創新競爭力研究院 廣東財經大學統計與數學學院