廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平的差異性分析

胡杰 黃水仁

摘 要：科技創(chuàng)新是新時(shí)代粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的新興驅(qū)動(dòng)力，廣州市科技創(chuàng)新的協(xié)調(diào)發(fā)展對(duì)粵港澳大灣區(qū)均衡發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。本文基于2009—2017年廣州市11個(gè)地區(qū)的空間面板數(shù)據(jù)，選取了反映科技創(chuàng)新發(fā)展水平的指標(biāo)體系，使用穩(wěn)健主成分分析方法計(jì)算穩(wěn)健綜合得分，評(píng)價(jià)了廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平，并利用分位圖直觀分析了廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平的差異性。研究發(fā)現(xiàn)：廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平不均衡，各地區(qū)存在顯著差異。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新;穩(wěn)健主成分分析;分位圖;差異性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：F 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

2019年2月18日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》，再次強(qiáng)調(diào)了粵港澳大灣區(qū)建設(shè)，作為粵港澳大灣區(qū)四大核心城市之一的廣州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展就顯得尤為重要?？萍紕?chuàng)新是區(qū)域發(fā)展的引擎，是推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的靈魂與動(dòng)力，是體現(xiàn)區(qū)域創(chuàng)新能力的重要形式。十八屆五中全會(huì)上，“創(chuàng)新”被置于五大發(fā)展理念之首，這標(biāo)志著科技創(chuàng)新發(fā)展成為未來(lái)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性調(diào)整的關(guān)鍵[1]。因此，本文旨在以科技創(chuàng)新為突破點(diǎn)，通過(guò)研究廣州市的科技創(chuàng)新發(fā)展水平的差異性及其影響因素，來(lái)促進(jìn)廣州市乃至整個(gè)粵港澳大灣區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

目前，基于已有文獻(xiàn)對(duì)科技創(chuàng)新進(jìn)行的研究可知，已有文獻(xiàn)主要研究科技創(chuàng)新的影響因素以及科技創(chuàng)新對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。對(duì)于前者，首先，在行業(yè)上金融體系的發(fā)展能極大地推動(dòng)科技創(chuàng)新的發(fā)展，對(duì)科技創(chuàng)新具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定的均衡支持作用。但隨著時(shí)期、區(qū)域、階段的變化，科技金融對(duì)科技創(chuàng)新有著不同的作用。其次，從投入產(chǎn)出來(lái)看，企業(yè)的資本、人力投入能顯著增加科技創(chuàng)新產(chǎn)出。最后，外資并購(gòu)、老齡化、空間差異等也都會(huì)對(duì)科技創(chuàng)新產(chǎn)生影響。

對(duì)于后者，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為科技創(chuàng)新對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有顯著正向的影響，科技創(chuàng)新是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力[2]，作為科技創(chuàng)新的重要分支的金融科技創(chuàng)新就能有效地提高地區(qū)全要素生產(chǎn)率[3]。但是也有學(xué)者認(rèn)為科技創(chuàng)新對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型作用具有不確定性，創(chuàng)新對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐作用不僅取決于創(chuàng)新生產(chǎn)階段，更受制于創(chuàng)新支持下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段[4]。還有學(xué)者認(rèn)為目前我國(guó)科技創(chuàng)新在短期內(nèi)對(duì)提高全要素生產(chǎn)率存在顯著抑制作用[5]。

綜上所述，我國(guó)對(duì)科技創(chuàng)新的研究較為豐富，這為本文進(jìn)行廣州市科技創(chuàng)新的相關(guān)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無(wú)論是科技創(chuàng)新的影響因素對(duì)其本身的影響，還是科技創(chuàng)新對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響都具有不確定性，不同區(qū)域、不同階段有著不一樣的結(jié)果;而廣州市又是粵港澳大灣區(qū)的四大核心城市之一，所以有必要對(duì)廣州市科技創(chuàng)新進(jìn)行針對(duì)性的研究。

二、傳統(tǒng)方法的不穩(wěn)健性及穩(wěn)健算法

（一）傳統(tǒng)主成分分析方法的計(jì)算模型及不足

傳統(tǒng)主成分分析的建立主要可概括為以下幾個(gè)步驟：

（5）根據(jù)各個(gè)主成分得分來(lái)計(jì)算綜合主成分得分。我們知道協(xié)方差矩陣是一個(gè)不穩(wěn)健的估計(jì)量，對(duì)離群值比較敏感，所以導(dǎo)致后面計(jì)算的相關(guān)矩陣、特征值、特征向量和累積方差貢獻(xiàn)率也受其影響，容易產(chǎn)生與實(shí)際情況不相符合的結(jié)果。其實(shí)協(xié)方差矩陣對(duì)離群值比較敏感主要是因?yàn)樵谒挠?jì)算中要使用到均值向量，而均值向量實(shí)際上只是對(duì)樣本數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單求平均，這種計(jì)算方法很容易受到離群值的影響，從而導(dǎo)致協(xié)方差矩陣對(duì)離群值比較敏感，使得結(jié)果不具有穩(wěn)健性。因此，本文采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)的思想來(lái)改進(jìn)傳統(tǒng)主成分分析，以削弱離群值的影響。

（二）穩(wěn)健主成分分析方法算法

穩(wěn)健主成分分析方法的目的是構(gòu)造一個(gè)穩(wěn)健的協(xié)方差矩陣，去掉離群值的遮蔽效應(yīng)，并降低離群值對(duì)協(xié)方差矩陣的影響。根據(jù)穩(wěn)健主成分分析方法的基本思想，使用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)量對(duì)傳統(tǒng)主成分方法進(jìn)行修正，主要的算法如下：

（1）通過(guò)改進(jìn)FAST-MCD方法得到樣本的穩(wěn)健均值向量T和穩(wěn)健協(xié)方差矩陣S*，并再根據(jù)協(xié)方差矩陣S*計(jì)算出穩(wěn)健相關(guān)矩陣R*;

（2）計(jì)算穩(wěn)健相關(guān)矩陣R*的特征值和特征向量，并計(jì)算主成分的載荷矩陣，得到穩(wěn)健主成分的載荷，即第i個(gè)穩(wěn)健主成分F*i下特征向量λ*i對(duì)應(yīng)的特征向量，由此可得樣本xj在該主成分下的得分;

（3）計(jì)算穩(wěn)健方差貢獻(xiàn)率和穩(wěn)健累積方差貢獻(xiàn)率：每個(gè)穩(wěn)健主成分的貢獻(xiàn)率代表了原數(shù)據(jù)總信息量的百分比;

（4）確定穩(wěn)健主成分：設(shè)F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)p為p個(gè)主成分，其中前m*0個(gè)主成分包含的數(shù)據(jù)信息總量不低于85%時(shí)，可取前m*0個(gè)主成分作為聚類(lèi)的變量;

（5）取樣本在前m*0個(gè)主成分得分作為新的數(shù)據(jù)集，并計(jì)算其穩(wěn)健綜合主成分得分。

三、科技創(chuàng)新發(fā)展水平差異性的實(shí)證分析

（一）指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)說(shuō)明

本文結(jié)合已有研究文獻(xiàn)，選取了如下專(zhuān)利申請(qǐng)量（項(xiàng)）、專(zhuān)利授權(quán)量（項(xiàng)）、科技支出投入強(qiáng)度（%）、地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP，萬(wàn)元）、全社會(huì)從業(yè)人員（人）、固定資產(chǎn)投資額（萬(wàn)元）、高新技術(shù)企業(yè)數(shù)（個(gè)）和高新企業(yè)銷(xiāo)售收入（萬(wàn)元）共8個(gè)指標(biāo)作為衡量廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平的初始變量，本文使用的數(shù)據(jù)均來(lái)自歷年《廣州市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

（二）實(shí)證結(jié)果分析

本文將運(yùn)用穩(wěn)健主成分分析方法來(lái)綜合評(píng)價(jià)2009年至2017年廣州市11個(gè)地區(qū)科技創(chuàng)新發(fā)展的綜合水平。通過(guò)計(jì)算得到本文所選擇的研究數(shù)據(jù)的KMO值為0.52，Bartlett球形檢驗(yàn)卡方統(tǒng)計(jì)值的P值為0.000，說(shuō)明該研究數(shù)據(jù)適合作穩(wěn)健主成分分析。

穩(wěn)健主成分分析的主要過(guò)程如下：首先，使用R軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立變量的相關(guān)系數(shù)矩陣，并且求出相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率以及累積方差貢獻(xiàn)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(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89.2%。其次，采用穩(wěn)健主成分分析方法，按照累積方差貢獻(xiàn)率大于85%的標(biāo)準(zhǔn)建立穩(wěn)健主成分載荷矩陣。前兩個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到89.2%，因此提取前兩個(gè)主成分，它們所代表的信息量已經(jīng)能夠充分體現(xiàn)原始數(shù)據(jù)信息所提供的信息;最后，根據(jù)穩(wěn)健主成分得分計(jì)算廣州市11個(gè)地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平的穩(wěn)健綜合得分以及排名，見(jiàn)下表。

由于數(shù)據(jù)矩陣經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)化處理，因此，從穩(wěn)健主成分得分來(lái)看，如果某個(gè)地區(qū)的穩(wěn)健主成分得分為正，則表明該地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平在廣州市平均水平之上;如果得分為負(fù)值，則表明該地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平在廣州市平均水平以下。根據(jù)廣州市11個(gè)區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平的穩(wěn)健主成分得分以及綜合排名的結(jié)果，可以看出：科技創(chuàng)新發(fā)展水平在廣州市平均水平以上的地區(qū)有6個(gè)，科技創(chuàng)新發(fā)展水平在廣州市平均水平以下的地區(qū)有5個(gè)。表1中的穩(wěn)健主成分直接反映廣州市11個(gè)區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平的高低：穩(wěn)健主成分得分越高，說(shuō)明該地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平越高;反之亦然。在廣州市11個(gè)區(qū)中，天河區(qū)的穩(wěn)健主成分得分最高，為2.470，說(shuō)明天河區(qū)為廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平最高的地區(qū)。而穩(wěn)健主成分得分最低的3個(gè)地區(qū)分別為南沙區(qū)、荔灣區(qū)、從化區(qū)，得分依次為-0.904、-0.994和-1.716，說(shuō)明這些地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平在廣州范圍來(lái)看都是相對(duì)落后的，值得進(jìn)一步關(guān)注。

（三）科技創(chuàng)新發(fā)展水平分位圖

接下來(lái)，本文將基于上表穩(wěn)健主成分得分值，借助于分位圖的方法進(jìn)一步分析廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平的差異，并對(duì)每個(gè)地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平進(jìn)行層次劃分。

本文通過(guò)穩(wěn)健主成分分析方法得到了體現(xiàn)廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平的“穩(wěn)健主成分得分”，運(yùn)用R語(yǔ)言軟件，采用“Natural Breaks（自然間斷）”[6]分類(lèi)方法（自然間斷法）將廣州市科技創(chuàng)新發(fā)展水平分為5個(gè)等級(jí)，分別為-1716～-0.904、-0.904～-0.616、-0.616～0.471、0.471～2.101、2.101～2.470，并將各個(gè)梯次的地區(qū)用不同的顏色表示，顏色越深代表科技創(chuàng)新發(fā)展水平越高，顏色越淺則代表科技創(chuàng)新發(fā)展水平越低，具體結(jié)果如下圖所示。

由上圖可以看出，科技創(chuàng)新發(fā)展水平處于最高等級(jí)的是天河區(qū)、番禺區(qū)、黃埔區(qū)，綜合值在2.101～2.470之間;處于科技創(chuàng)新發(fā)展水平第二等級(jí)是白云區(qū)，綜合值在0471～2.101之間;處于科技創(chuàng)新發(fā)展水平第三等級(jí)是花都區(qū)、越秀區(qū)以及海珠區(qū)，綜合值在-0.616～0.471之間;處于科技創(chuàng)新發(fā)展水平第四等級(jí)是增城區(qū)和南沙區(qū)，綜合值在-0.904～-0.616之間;最低等級(jí)是從化區(qū)以及荔灣區(qū)，其綜合值在-1.716～-0.904之間，這兩個(gè)地區(qū)科技創(chuàng)新發(fā)展水平比較差。總體而言，廣州市各地區(qū)之間科技創(chuàng)新發(fā)展水平存在一定的差距。

四、主要研究結(jié)論及政策建議

（一）主要研究結(jié)論

無(wú)論是從穩(wěn)健主成分綜合得分角度，還是分位圖的角度，廣州市各地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平均存在顯著的差異。以天河區(qū)為代表的高科技創(chuàng)新水平的城市多具有較高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和優(yōu)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(chuàng)新的發(fā)展;而以從化區(qū)代表的中、低科技創(chuàng)新水平的城市恰好正是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，資源稟賦差等阻礙了其科技創(chuàng)新的發(fā)展。廣州市各地區(qū)科技創(chuàng)新的不均衡發(fā)展現(xiàn)狀將不利于廣州市的經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展水平的提高，甚至阻礙粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)文化社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。

（二）政策建議

現(xiàn)階段廣州市科技創(chuàng)新的協(xié)調(diào)發(fā)展受到了各地區(qū)科技創(chuàng)新發(fā)展不均衡，創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的阻礙。一方面，廣州市整體上應(yīng)該為科技創(chuàng)新的發(fā)展?fàn)I造良好的創(chuàng)新環(huán)境，并致力于完善基礎(chǔ)研究投入機(jī)制，積極推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，不斷引進(jìn)培育科技人才，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，以此促進(jìn)廣州市科技創(chuàng)新的發(fā)展。另一方面，加強(qiáng)各地區(qū)之間的合作是實(shí)現(xiàn)廣州市各地區(qū)科技創(chuàng)新水平均衡地、整體性地前進(jìn)的必由之路。為了縮小各地區(qū)科技創(chuàng)新之間的差異，廣州市內(nèi)部各區(qū)域應(yīng)該加強(qiáng)科技創(chuàng)新協(xié)作：以天河區(qū)為代表的高科技創(chuàng)新發(fā)展水平的地區(qū)要繼續(xù)保持自身的優(yōu)勢(shì)，充分利用核心區(qū)域的輻射作用與溢出效應(yīng)，加強(qiáng)與中、低科技創(chuàng)新發(fā)展水平地區(qū)的合作，以合作帶發(fā)展;以從化區(qū)代表的中、低科技創(chuàng)新發(fā)展水平地區(qū)要抓住好機(jī)會(huì)，不斷學(xué)習(xí)高科技創(chuàng)新發(fā)展水平的地區(qū)的優(yōu)秀科技創(chuàng)新理念、制度、技術(shù)，因地制宜，不斷提升自身的科技創(chuàng)新水平。

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基金項(xiàng)目：受廣東省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)青年項(xiàng)目“環(huán)境規(guī)制對(duì)粵港澳大灣區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的作用機(jī)制、效應(yīng)測(cè)度及協(xié)同政策研究”（GD21YYJ03）、廣東省政府課題“推進(jìn)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)，構(gòu)建開(kāi)放型經(jīng)濟(jì)新體制”資助

作者簡(jiǎn)介：胡杰（1995— ），男，漢族，重慶大足人，碩士，研究方向：經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。