第 1 章  緒論

1.1  研究的背景和意義

1.1.1  研究背景

近些年以來，由于經(jīng)濟(jì)資源的集中趨勢愈發(fā)明顯，導(dǎo)致一國之內(nèi)或者國家之間的經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出發(fā)展不均衡的狀態(tài)。企業(yè)，作為微觀經(jīng)濟(jì)的主體，隨著資源分布的狀態(tài)，其擴(kuò)大了遷移的范圍，不斷移動(dòng)到有利于自己發(fā)展的地區(qū)，最終，可能在某個(gè)地區(qū)形成集聚。所以，產(chǎn)業(yè)集群的概念便隨之產(chǎn)生：某一特定產(chǎn)業(yè)或者相同、相關(guān)聯(lián)性產(chǎn)業(yè)的資本、技術(shù)、勞動(dòng)力集中在某一地區(qū)，相關(guān)企業(yè)依靠專業(yè)化分工和競爭關(guān)系形成了具有集聚效應(yīng)的企業(yè)群體，由這些企業(yè)和相關(guān)配套機(jī)構(gòu)融合成的具有較強(qiáng)成長性的內(nèi)部組織。在國際市場上，有競爭力的產(chǎn)業(yè)大多數(shù)都是集群模式，隨著經(jīng)濟(jì)全球化水平的提高，產(chǎn)業(yè)集群也逐漸成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的潮流，在世界經(jīng)濟(jì)中扮演著重要作用，產(chǎn)業(yè)集群愈發(fā)成為世界各地存在的一種經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象和區(qū)域發(fā)展趨勢。

在世界產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢的影響下，我國的產(chǎn)業(yè)集群化趨勢也很迅猛，，因?yàn)殡S著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大中小企業(yè)也得到了迅速發(fā)展的機(jī)會，由于地理因素和產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系使大量存在聯(lián)系的企業(yè)和機(jī)構(gòu)聚集起來。這部分企業(yè)突破了自身的種種限制，在集聚后表現(xiàn)出較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)影響。產(chǎn)業(yè)集群作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要內(nèi)容也促進(jìn)了全國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在這其中 20世紀(jì)中期出現(xiàn)的電子信息產(chǎn)業(yè)，在眾多產(chǎn)業(yè)集群中，保持著其良好的勢頭快速發(fā)展，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著其獨(dú)特的影響力。進(jìn)入  21  世紀(jì)，隨著知識經(jīng)濟(jì)的興起和信息時(shí)代的到來，電子信息在經(jīng)濟(jì)社會中的地位日趨重要，電子信息產(chǎn)業(yè)正在逐步成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，對經(jīng)濟(jì)運(yùn)作效率的提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級發(fā)揮著重要作用，且已成為一個(gè)國家提高競爭力和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵。電子信息作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主體，其已經(jīng)發(fā)展成為衡量一個(gè)國家綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志。在國際信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境下，我國政府為把電子信息產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)積極出臺并且實(shí)施了一系列的法規(guī)、政策和方針。近幾年，電子信息制造業(yè)作為電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分已成為我國增長速度最快、利用外資數(shù)額最多的行業(yè)之一，長三角和珠三角已經(jīng)形成以專業(yè)化協(xié)作為紐帶的電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群，為我國電子信息產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展提供了重要的發(fā)展動(dòng)力。

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1.2研究的主要內(nèi)容與研究方法

1.2.1  論文研究的主要內(nèi)容

本文重點(diǎn)探討了產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展的影響因素和產(chǎn)業(yè)集群的生命周期理論，得出發(fā)展再迅速的產(chǎn)業(yè)集群也面臨未來走向衰落的危險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上引入了非線性動(dòng)力學(xué)中的重要理論——混沌理論，以天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群為實(shí)例，對該產(chǎn)業(yè)集群進(jìn)行了混沌性研究并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行混沌預(yù)測，最后判斷混沌預(yù)測方法對電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群未來發(fā)展?fàn)顟B(tài)的預(yù)測效果。

第 1 章綜述了本文研究背景、目的和意義，介紹了產(chǎn)業(yè)集群以及電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群的研究現(xiàn)狀，突出了產(chǎn)業(yè)集群的生命周期理論，著重介紹了混沌理論、混沌時(shí)間序列預(yù)測的相關(guān)研究與進(jìn)展。在本章后半段提出了課題的主要研究內(nèi)容和研究思路。

第 2 章電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群演化的理論基礎(chǔ)，對產(chǎn)業(yè)集群以及電子信息制造業(yè)的基本概念和發(fā)展階段、特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)地介紹。探討了混沌理論的研究歷史和基本概念，簡單介紹了一個(gè)典型的混沌系統(tǒng)——蟲口模型。重點(diǎn)講解了和混沌時(shí)間序列相關(guān)的一些概念以及本論文中使用的預(yù)測方法。最后介紹了混沌理論將如何在本文中加以應(yīng)用。

第 3 章電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群混沌性分析，本章節(jié)首先對哪些省市的電子信息制造業(yè)形成了產(chǎn)業(yè)集群進(jìn)行判斷，在此基礎(chǔ)上選用了天津市電子信息制造業(yè)作為實(shí)證對象；接下來檢驗(yàn)了時(shí)間序列數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性，在證實(shí)序列平穩(wěn)的基礎(chǔ)上對時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行相空間重構(gòu)，在第 4 節(jié)中通過 wolf 法計(jì)算出Lyapunov 指數(shù)并根據(jù)這一指標(biāo)判斷所研究產(chǎn)業(yè)集群的混沌性，探討了該集群混沌性的強(qiáng)弱并描述集群系統(tǒng)的混沌吸引子。最后結(jié)合產(chǎn)業(yè)集群的特征分析是什么造成了這種混沌特性。

第 4 章從基于最大 Lyapunov 指數(shù)的混沌預(yù)測方法展開，對天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群的主營業(yè)務(wù)收入時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；同時(shí)采取傳統(tǒng)的時(shí)間序列預(yù)測方法——非線性回歸預(yù)測法對該時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，在對比兩者預(yù)測精度的基礎(chǔ)上探討混沌時(shí)間序列預(yù)測方法的重要意義。

根據(jù)以上所述研究內(nèi)容，本文技術(shù)路線圖如圖 1-1 所示。

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第 2 章  電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群演化的理論基礎(chǔ)

2.1  電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群及其特征分析

2.1.1  產(chǎn)業(yè)集群的概念及發(fā)展特點(diǎn)

產(chǎn)業(yè)集群是由相同產(chǎn)業(yè)中的具有一定關(guān)聯(lián)性的企業(yè)、機(jī)構(gòu)等組成，這些企業(yè)和機(jī)構(gòu)處于某一特定的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，它們在聯(lián)系的過程中共同存在于集群之中，并且具備專業(yè)化的特性，在某種特定的產(chǎn)業(yè)中，這些企業(yè)也可能是相鄰于其支撐產(chǎn)業(yè)（王緝慈，2001）它是一種介于單個(gè)企業(yè)與市場之間的一種新型產(chǎn)業(yè)組織形式，同時(shí)具備比企業(yè)靈活，比市場穩(wěn)定的特點(diǎn)。

有關(guān)產(chǎn)業(yè)集群的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以分為在集群中起到核心作用的各種相關(guān)性的企業(yè)、對集群競爭起到重要作用的實(shí)體，如零部件和專業(yè)化服務(wù)供應(yīng)商，產(chǎn)品的制造商等、起到銜接作用的轉(zhuǎn)換技術(shù)與投入相關(guān)的產(chǎn)業(yè)公司、與集群可持續(xù)發(fā)展有關(guān)的關(guān)于提供技術(shù)支持，教育和信息研究的政府和大學(xué)機(jī)構(gòu)等，具體構(gòu)造如圖 2-1。

奧地利的經(jīng)濟(jì)學(xué)家熊彼特提出將產(chǎn)業(yè)集群的生命周期分為四個(gè)階段：誕生期、成長期、成熟期和衰退期，并且認(rèn)為，考察集群的能力應(yīng)該將集群放在一個(gè)長期的發(fā)展周期中進(jìn)行。Bergmna，E.M&Fese(1999) 則將集群的發(fā)展歷程分為潛在、顯現(xiàn)、成長和衰退階段，我國的秦夏明，董沛武和李漢鈴學(xué)者(2004)在這個(gè)基礎(chǔ)上將產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展過程從集群要素結(jié)構(gòu)的演化角度分為四個(gè)階段，各個(gè)階段及其特征如表 2-1 所示。

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2.2  混沌理論及其在本文中的應(yīng)用

2.2.1  混沌的定義

在 19 世紀(jì)末20 世紀(jì)初，H.Poincare(法國的一位數(shù)學(xué)家)在研究三體問題時(shí)候發(fā)現(xiàn)，三體問題與單體、二體問題不同，它并不是簡單的單體或者二體的線性關(guān)系，得不到精確解，結(jié)果具有隨機(jī)性。

從定義上看，“混沌是在確定性系統(tǒng)中出現(xiàn)的具有一種貌似無規(guī)則的、類似隨機(jī)的現(xiàn)象”。這是目前對混沌較為普遍的定義性認(rèn)識，“如果一個(gè)系統(tǒng)既滿足對初值敏感，又出現(xiàn)不穩(wěn)定的非周期運(yùn)動(dòng)，就可以判定系統(tǒng)為混沌系統(tǒng)”。

“目前能夠接受的混沌定義是 Li-yorke 定義和 Devancey 定義。

Li-Yorke 定義是從區(qū)間映射出發(fā)得到的影響廣泛的混沌數(shù)學(xué)定義之一:

Li-Yorke 定義[a，b]上連續(xù)自映射稱為是混沌的，若其滿足:

(1)  f 的周期點(diǎn)的周期無上界;

Li-Yorke 定義中，第一個(gè)和第二個(gè)極限表明子集中的點(diǎn) x 和 y 相當(dāng)分散又相當(dāng)集中，第三個(gè)極限表明子集不會趨近于任意周期點(diǎn)。根據(jù) Li-York 定理和Li-Yorke 混沌定義可知：對[a，b]上的連續(xù)自映射，如果存在一個(gè)周期為 3 的周期點(diǎn)，就一定存在周期為任何正整數(shù)的周期點(diǎn)，則一定會出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。Li-Yorke的混沌定義同時(shí)刻畫了混沌運(yùn)動(dòng)的三個(gè)重要特征：

混沌定義同時(shí)刻畫了混沌運(yùn)動(dòng)的三個(gè)重要特征：

(1)  存在可數(shù)的無窮多個(gè)穩(wěn)定的周期軌道；

(2)  存在不可數(shù)的無窮多個(gè)穩(wěn)定的非周期軌道；

(3)  至少存在一個(gè)不穩(wěn)定的非周期軌道。

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第 3 章  電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群混沌性分析 ..........21

3.1  區(qū)位商的計(jì)算................. 21

3.2  時(shí)間序列數(shù)據(jù)預(yù)處理 .................. 22

3.2.1  時(shí)間序列平穩(wěn)性分析 .................. 22

3.2.2  時(shí)間序列相空間重構(gòu)研究 .................. 23

第 4 章  電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群演化的混沌預(yù)測.............33

4.1  基于最大Lyapunov指數(shù)的預(yù)測方法 ............. 33

4.2  混沌預(yù)測應(yīng)用的結(jié)果及誤差分析 ............... 34

4.3  混沌預(yù)測與非線性回歸預(yù)測法的比較............... 36

4.3.1  非線性回歸預(yù)測及結(jié)果 ................... 36

4.3.2兩種方法預(yù)測結(jié)果的比較和討論 .................. 39

第 4 章  電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群演化的混沌預(yù)測

4.1  基于最大 Lyapunov 指數(shù)的預(yù)測方法

基于最大 Lyapunov 指數(shù)的預(yù)測就是利用計(jì)算得到的最大 Lyapunov 指數(shù)，結(jié)合相空間重構(gòu)技術(shù)，通過跟蹤混沌吸引子軌道中最鄰近點(diǎn)的演化進(jìn)行預(yù)測。

Lyapunov 指數(shù)是用來判斷非線性復(fù)雜系統(tǒng)混沌性的重要指標(biāo)，Lyapunov 指數(shù)的正負(fù)可以用來判定系統(tǒng)是否混沌，如果 Lyapunov 指數(shù)為正值，證明系統(tǒng)是混沌的，它的大小可以體現(xiàn)混沌性的強(qiáng)弱。如果最大 Lyapunov 指數(shù)為負(fù)，那么系統(tǒng)完全不具有混沌特性。

混沌理論方面的專家 Wolf 在前人混沌時(shí)間序列預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，細(xì)致研究了 Lyapunov 指數(shù)的特點(diǎn)以及混沌系統(tǒng)相空間中軌道的性質(zhì)，提出了基于最大Lyapunov 指數(shù)預(yù)測法，大大提高了混沌預(yù)測的精度，為后來的學(xué)者們所廣泛采用。

本文預(yù)測選用的數(shù)據(jù)是天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群主營業(yè)務(wù)收入時(shí)間序列數(shù)據(jù)，該序列包含從 1999 年 1 月到 2014 年 11 月共計(jì) 191 個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)上一節(jié)所敘述的基于最大 Lyapunov 指數(shù)的基本原理，使用 matlab2010 進(jìn)行編程，所得的最后八個(gè)月的月度數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果及誤差情況分別如圖 4-1、4-2 所示。

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結(jié)論

本文為找到能夠揭示電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群混沌特性的方法，以  1999 年 1 月至 2014 年 12 月天津市電子信息制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入時(shí)間序列進(jìn)行實(shí)證研究。利用 C-C 方法計(jì)算得出最佳時(shí)間延遲 τ 為 15，嵌入維數(shù) m 等于 3，在此基礎(chǔ)上對時(shí)間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)。通過 wolf 法計(jì)算得出混沌特征量--最大Lyapunov 指數(shù)的值 0.1182，說明天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群具有很強(qiáng)的混沌性。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地對天津市電子信息制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入進(jìn)行混沌預(yù)測，預(yù)測精度為 93%，其結(jié)果可以做為判斷未來產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展趨勢、發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)以及制定更符合自身需求的電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展規(guī)劃的重要參考依據(jù)，本文對混沌性分析方面所做工作歸納如下：

(1)  結(jié)合天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展的特點(diǎn)，提出了應(yīng)用混沌理論分析和預(yù)測該產(chǎn)業(yè)集群演化的思路和框架；

(2)  在介紹 Takens 定理的基礎(chǔ)上，探討了時(shí)間序列的相空間重構(gòu)技術(shù)，以天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群為對象，運(yùn)用 C-C 方法對天津市電子信息制造業(yè)主營業(yè)務(wù)收入相關(guān)時(shí)間序列進(jìn)行相空間重構(gòu)計(jì)算得出時(shí)間延遲與嵌入維，進(jìn)而計(jì)算出最大 Lyapunov 指數(shù)為 0.1182，從最大 Lyapunov 指數(shù)這一重要指標(biāo)出發(fā)判斷了產(chǎn)業(yè)集群的混沌特性，得出天津市電子信息制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群主營業(yè)務(wù)收入時(shí)間序列符合混沌特性的結(jié)論；

(3)  通過最大 Lyapunov 指數(shù)預(yù)測法對一維時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測并取得了較高的預(yù)測精度，從而大大降低了對訓(xùn)練數(shù)據(jù)的要求，顯著地提高了時(shí)間序列預(yù)測算法的實(shí)效性，為在有限的歷史數(shù)據(jù)情況下提高預(yù)報(bào)精度提供了一種新的方法。同時(shí)為了進(jìn)一步明確混沌時(shí)間預(yù)測方法的效果我們采用了時(shí)間序列預(yù)測常用的一種方法——非線性回歸預(yù)測，通過比較結(jié)果可以看出最大 Lyapunov 指數(shù)預(yù)測法精度更高并且限制更少�；煦珙A(yù)測結(jié)果可以做為預(yù)測未來該產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展趨勢進(jìn)而制定產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展策略的重要參考。

由于產(chǎn)業(yè)集群主營業(yè)務(wù)收入的時(shí)間序列數(shù)據(jù)具有非線性和有噪聲的特點(diǎn)，在選取相空間參數(shù)的過程中具有魯棒性，使得噪聲數(shù)據(jù)對混沌性的確定以及預(yù)測的準(zhǔn)確性在一定的情況下都是有影響的。所以，在今后的研究中，尋找關(guān)于判定產(chǎn)業(yè)集群中時(shí)間序列數(shù)據(jù)中噪聲數(shù)據(jù)的方法是必要的。同時(shí)，還要加強(qiáng)對產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)部影響因素的研究，從影響因素方面探討混沌性的變化。

參考文獻(xiàn)（略）