《产业空间计算原理》

简介

对外贸易是中国经济增长的稳固基石。在当前复杂多变的国际环境下，如何选择优先发展的产业，哪些国家具备更大的出口潜力市场，都是实行长期规划所必须研究的问题。为此，需要一套科学有效的评估体系，用以衡量各经济体的国际出口竞争力与提升产品潜在收益。另外，考虑各地区历史发展水平和国际经贸关系差异、人文与自然环境的区别，各国发展同一产业的难度也不尽相同。故我们的研究将聚焦于以下问题：如何精准判断一个国家当前最适合发展的产业？对特定经济体，能否横向对比不同产业发展难度并通过指标衡量国家间货物出口能力差距？我们将结合国际贸易相关理论，通过对近年来全球货物贸易进出口数据分析进行探究，希望为产业发展提供参考，为实现高质量增长提供帮助。

1.相关理论

1.1出口竞争力相关理论
首先，需要确定国际贸易中各国的产业竞争力衡量标准，即在何种情况下，我们认为一个国家或地区在特定产业具备了产业出口竞争优势。大部分情况下，只能通过其最终产物间的竞争体现：所生产的产品，相关企业和产业的相对市场份额越多，说明该经济体在此产业的产业竞争力越高。亚当·斯密是国际加工和国际贸易理论的创始者，他提出了基于绝对竞争优势理论[1]，进行国际分工与自由贸易的理论；大卫·李嘉图的比较优势理论[2]是对亚当斯密的绝对优势论的继承与发展，核心是每个国家都应该生产其擅长的商品，并在不擅长的领域通过贸易满足需求，揭示了国际贸易的互利性和国际贸易的必要性。
国际贸易形势的变化带来了新的理论和模型。瑞典的两位经济学家提出的“赫克歇尔-俄林”理论（H-O）[3]，其重点是各国的生产要素禀赋差异，一国应出口本国生产要素充裕的产品，而且随着国际贸易的发展，各国生产要素的价格将趋于均等。其框架中存在四个主要定理（Stolper-Samuelson 定理、Rybczynski定理、Heckscher-Ohlin 定理、 Factor-Price Equalization定理）。Rybczynski定理：如果某种生产要素的供给增加，密集使用该要素的商品的生产增加，不密集使用该要素的商品生产减少，莱布津斯基探讨的是国际贸易对国内相关行业规模变化的影响。而赫克歇尔-俄林定理表明：一国往往会出口密集使用其禀赋重复的要素进行生产的产品。但此模型最初将各国的劳动力即劳动力的知识和技能视为相同，成为H-O理论与现实间的出现偏差的原因之一。
美籍俄裔经济学家里昂惕夫，在1950年尝试对“赫克歇尔-俄林”理论进行检验，但将美国对外贸易商品结构进行统计分析，编制了美国投入-产出表，将出口商品与进口替代商品中的资本/劳动比例进行比较后发现，美国出口的主要是劳动密集型产品而进口的主要是资本密集型产品；但按H-O理论，美国的进出口商品情况完全相反[4]。为了解决这个问题有多种假设，里昂惕夫本人给出的解释是有效劳动论，每个国家由于生产技术不同，劳动素质也不同，例如假定当时美国的劳动生产率是其他国家的三倍，那么美国出口商品中包含了大量物质资本和人力资本，而美国进口的能源和大宗商品按定义是资本密集型，但本质上是自然资源密集型产品。另一种解释是美国可能使用大型农业机械进行农业生产，因此农业产品是资本密集型；而越南仍大量使用人工，农业产物是劳动密集型；不同国家的相同产品的生产要素密度是存在差异的。里昂惕夫按美国出口品的生产要素密度计算美国自其他国家进口的替代产品中生产要素密度会出现一定偏差。第三种解释是生产要素中除了劳动、资本外还包含自然资源，美国是出口劳动密度高的产品，而进口美国缺少的自然资源，而且当时采用的贸易保护政策也阻止了美国进行劳动密集型产品的进口，即影响产业竞争力的不仅有生产要素稀缺性，还有各国贸易政策特别是贸易保护的影响。
其后，美国经济学家弗农提出的产品周期理论[5]，主要内容是在产品不同生命阶段，会出现生产与出口该产品的国家转移。将新产品的生命周期视为三个阶段：在最初的产品创新阶段，需要投入大量的科研与开发费用，这个时期的产品要素密集型表现为技术密集型；在产品成熟期，资本和管理要素投入增加，生产要素集中表现于资本密集性。在标准化时期，生产企业增多，成本与价格在竞争中重要性更为突出，此时通过市场、资源、劳动力价格的比较，该产品偏向于劳动力密集型产品，而发达国家在周期内从创新与成熟期的出口国变为成熟期自发展中国家进口该产品并开始新一轮的产品创新。
以上讨论都是基于跨产品或同一产品在不同时期的国际贸易，但在当前的国际贸易中，特定经济体同时进口与出口产品是极为常见的。弗尔维提出的弗尔维模型（也被称为新赫克歇尔-俄林定理）对产业进行分析，将劳动和资本作为生产要素，考虑了同类产品具有不同产品质量时发生垂直型产业内贸易的可能，可以总结为如下两条结论：资本充裕的国家会出口资本密集型产品中的高质量品种；而劳动力丰裕的国家会出口劳动密集型产品与资本密集型产品中的低质量品种。某种产品进行出口时，必然在本国内存在相关产品的消费市场，而不同出口国因为资本、劳动力、规模、自然资源等生产要素的不同而出产不同质量的同一产品，消费者的质量偏好存在差异会长期存在，因此一国可以在出口较高质量产品进行国际贸易的同时进口相对低质量产品满足国内不同层次消费者的需求。
二十世纪七十年代，出现了以规模经济[6]、非完全竞争市场为支柱的新贸易理论。前者将分析变量进一步细化到了企业，将跨国公司的决策过程和同一产业下不同规模公司的竞争力差距进行分析，并强调了贸易结构与需求的影响，一国平均收入水平即是一国代表性需求，只有生产者满足此要求才有可能达到规模经济，从而成就专业化与国际贸易竞争力。后者给出了政府进行产业政策引导的必要性，因为古典理论所假设完全竞争市场并不真实存在：现实存在的不完全竞争市场中，某些具备技术先进性产业的发展会带来技术和知识的外溢，为其他部门带来收益，政府应该对这些产业进行扶持以推动社会整体的发展，更进一步就是战略性贸易政策，即政府应当向对本国经济有重要促进作用的战略性产业进行扶植补贴以提升整体产业竞争力。
迈克尔波特于著作《国家竞争优势》[7]中提出了一系列有巨大影响的理论与分析模型，他将衡量一国特定产业是否具备竞争优势的最佳指标确定为向其它国家持续大量出口的能力。而一国的特定产业要取得国际竞争优势，关键在于四个基本因素（生产要素、需求因素、相关和支持产业因素及企业战略、组织与竞争状态因素），除此外还有政府和机遇两个辅助要素的整合作用，被称为波特钻石模型。
生产要素包括人力资源（质量、数量、熟练程度、人力成本）、天然资源（土地肥沃度、数量、可耕地、气候、区位和规模大小）、知识资源（科学软硬加、大学和私人研究机构等）、资本资源（资本供应量和成本、资本收益、全球化程度、资本流量）、基础设施（通讯系统、交通设施、支付手段、健康保健、社会福利等）。生产要素又可分为初级要素和高级要素两类。初级要素是一国先天拥有自然资源和地理位置等。高级要素是指经过长期发展，具有较强根植性的不易得要素。一国要维持竞争优势，其高级要素重要性高于初级要素（解释了日本、韩国自然资源不丰富但经济发达的原因）。
需求因素是本国有需求的消费者的数量。若一国内存在激烈市场竞争，那么能生存并通过满足国内市场需求得到发展的企业就可以获得竞争优势，但这要求必须存在一批对产品质量有要求的消费者（垄断企业尽管所占有市场规模庞大，但不能直接转化为竞争优势）国内市场一方面有利于企业建立规模经济；另一方面，若更多的本国消费者对产品的质量和服务要求领先于国外，则该国产品相较他国产品就具备前瞻性和不断改进服务的压力，这也会增强相关产业的国际竞争力。
相关和支持产业因素是指与企业有关联的产业和供应商的国际竞争力，一国的特定产业竞争优势离不开国内和国际上下游供应商和相关产业的支持，相关产业的创新与提升也会带动本产业的竞争力升级。
企业组织、战略和竞争状态因素
不同的产业适合使用不同的公司规模和企业文化，再考虑到激励机制和公司经营目标差异，国内竞争程度提升，都会带来各公司不同的竞争策略与覆盖细分市场的产品与服务，同行业内产生模仿效应和人员交流等，从而提升了国家整体竞争力与创新速度。
不仅如此，波特还在书中提出了产业集群理论，这可以视为对马歇尔的集聚经济理论[8]和韦伯的工业区位理论[9]的再发展。可定义为产业发展的过程中，处于特定领域的相关企业与机构，包括公司、供应商、研究机构和大学、相关协会等，由于彼此间的相性与互补性而聚集在同一区域，从而形成地理上互相联系和支撑的产业集群。集群构建出了生产要素成本洼地，降低信息交流与物流成本，从而形成规模经济，最终增强国家此产业竞争力。

1.2产品空间理论
自2000年以来，随着复杂网络理论及其应用研究的不断深入，人们开始尝试使用这种新的理论工具研究现实世界中的多种问题，而产品空间理论就是将复杂网络与产业集群理论结合后产生的新理论，它不仅能实现对各国产业竞争力在产品层面体现的可视化，还可以为国家下一步的产业升级方向提供思路。
首先需要引入产品空间及产业升级相关概念，这是分析所必须的指标体系。
任何国家都有其历史积累与自然环境生成的各种生产要素与资源禀赋，而这构成了一个国家进行生产-贸易所必须的基础。国家通过对已有生产能力与资源的调配，资金和人力等要素的积累，进行新产品的开发与生产。此过程中，潜在目标产品与该国当前所能生产产品间的差异越大，需要的资源与时间成本也就越高。一般常见的产品升级路径是由劳动密集型向资本密集型转变，再向技术密集型进行转变，即所谓的三次产业结构的优化升级。各国在原始积累方面有巨大差距，而且后续的教育、资本与技术等生产要素的投入也各有侧重，当前各国的生产要素与所拥有优势产业也就出现了巨大差异。从而进行产业升级与产业优化时，各国产业组合间差异就会进一步扩大，各国需要依据国情进行规划而非简单照搬其他国家经验，后者可能事半功倍，我们在此基础上建立了各国的产业发展负面清单。
将一国所能生产的产品视为互相链接的复杂网络内不同节点时，可以发现，产业升级的过程就是从类型单一、加工方式简单、技术水平要求较低的线性产业结构向种类齐全、加工方式多样、需要高端技术水平的复杂网络发展的动态变化过程。产品空间理论的最初提出者为Hidalgo和Hausmann等[10]，他们提出，产品是一个国家对应产业能力的体现，并给出了一种量化产业间关联程度的方法（产业相似度）与产业升级难度（距当前工业体系距离）的指标体系。两种产品间相似度越高、说明其在生产要素的需求上越接近，能生产其中一种的国家相比均不能生产的国家在另一种产品的生产上更具备优势。而从全局角度考虑，考虑一个特定国家目前不能生产的产品，计算其与整个网络中其他所有产品的相似度之和，及与该国能生产的所有产品相似度之和，两者之比可视为此产品到该国当前产业结构的关联度。关联度越高，说明该国生产此产品的难度越小；关联度低，说明此产品在补全产业结构、完善产业门类方面的效用越高，同时说产品到目前该国已有工业体系的距离越远。在选择未来发展产业时，可视为渐进式发展与跨越式发展间的权衡。并通过计算指标观察各国优势产业的变化，衡量经济复杂程度与产业变化间的关系。
当讨论产业升级时，产品空间的关键在于基于计算所得产品间关联度存在疏密之分，各产品间距离并非均匀分布，所有产品组成的复杂网络是一个存在中心-边缘的异质性网络。因此由于各国初始的产业结构与分布不同，扩展产业门类与发展经济所面对的选择路径都存在不同，后续的产业升级难度亦有巨大差异。对于具体的产业和产业链，培育壮大新兴产业，布局建设未来产业，完善现代化产业体系时这是必须考虑的。
“猴子跳树”案例 整个产品空间就如同一片森林，而每个产品都可视为森林中的一棵树。两个产品间相似度越高，则两颗对应的树木越接近。我们将每个企业都视为森林中的猴子，森林中不同地区猴子数量与类别的差距和地区内不同企业生产产品种类与经营状况的差距相似。经济增长和产业发展在这里被视为互相成就，经济发展带动了国家产品种类与经济复杂程度提升，而新的产业发展本身也会为经济增长提供动力，就如同猴子占据了更多的树木或从果实贫瘠的地区进入了果实丰富的地区。在这一过程中更多的猴子是到达了相邻的树木，就如同企业也是更多的生产和当前产品相近或关联的产品。但这个模型中最重要的是如下设定，森林并不可能是平均分布的，某些区域贫瘠，果实出产很少，生活在那里的猴子需要经历更长的距离才能到达其他区域甚至会停滞在当前区域；另一些区域果实丰富，猴子进行迁移极为容易。即并非所有产业方向都有着相等的未来发展机会，甚至某些特定产业的发展并不能意味着新的产业升级机会，因为并不存在一条继续前进的产业路径。只拥有特定某些产业的国家在进行发展时可能会遇到更大的困难，因为他们到新的高收益产业的距离可能远超其它国家，即使其当前拥有生产要素与资源禀赋有一定优势。

1.3本文内容
第一节是所涉及的相关理论
第二节是解释所使用的各指标的计算方法及原理
第三节是计算所用数据范围及计算过程。
第四节是分析计算结果。

2.相关理论

2.1显示性比较优势指数
显示性比较优势指数,缩写为RCA，是美国经济学家Balassa Bela于1965年测算出口竞争力时采用的一种方法。
对于特定年份，一国在某产品的显示性比较优势指数计算公式为当年该产品出口额在该国出口总额中的占比与世界上该产品出口额在全球出口额中占比两者之商

(公式内记某个出口国c出口的一类产品p的出口额为x)
显然，指标值越大说明该产品国际出口比较优势越大，后续计算中将RCA>1 作为认定某国在一项产品的国际市场竞争中处于优势的标准。

2.2产品经济效益参数
确定产品优势评估参数后，可以给出每个国家的优势出口产品列表与每个产品的优势国际贸易供应国列表，结合世界各国以美元计算的当年人均国内生产总值进行加权平均(为ci国的当年人均国内生产总值)，我们得到特定产品当年的产品经济效益指数，其计算方式为

根据产品收益指数，结合当年特定国家各产品的出口额，可以得到当年c国所有产品P的经济收益指数，用出口额中产品占比加权后求和，将其作为该国当年对外贸易的效益评估参数

2.3产品关联度
为了构建复杂网络进行分析，需要计算针对某两个产品i,j,这两个产品的关联度系数。确定所有同时出口这两种产品的出口国（RCA>1），计算出口其中一种产品的国家同时出口另一种产品的条件概率，两者中较小者为两产品间关联系数

2.4产品距离、潜在收益参数
有了显示性比较优势指数和产品关联度后我们可以定量分析一国当前具有哪些优势出口产品，并对于当前不具备的优势的，可量化与该国已有出口产品的关联程度。相对距离计算方法为其与该国已有产品间关联的紧密程度和其它所有产品间的紧密程度差距。
此计算结果亦可用于评估产品发展对该国产品结构完整性提升和外贸出口潜在收益。

2.5其它指标
在计算中还需要使用当年各经济体的国内生产总值（GDP）、人均国内生产总值、进出口总额等进出口相关参数。

3.产品空间计算

3.1数据说明
进出口数据来源为瀚闻资讯的全球贸易观察数据库，而涉及各国家或地区经济形势的数据来源于世界银行相关数据。我们使用了2010-2023年的全球进出口贸易数据进行计算。为了保证计算结果的准确性，仅使用了周期内有完整可靠数据国家的全年数据进行计算。
为了保证一致性，产品统计采用全球通用的产品海关编码进行计算，颗粒度精确至hs4，并预先剔除了各国家或地区划分标准不统一的98，99章编码。考虑到HS编码每5年进行一次修订，我们采取的方式是将数据覆盖周期内的所有使用过的有效编码取最大集进行计算，因此会出现一些出口产品对应编码当年不存在交易记录与竞争优势经济体，这是出于计算需要。
为了保证交易额可比性，所有涉及的金额均采用按汇率换算或使用美元统计结果。

3.2数据说明
基于当年的全球贸易数据，我们可以进行分类统计，得到产品（精确到四位海关编码）与经济体两个维度下的国际贸易出口结构数据。根据相关指标公式计算得到参与计算的各国家/地区当年分产品的出口产品显示性比较优势指数，并得到各国家或地区优势产品列表与当年特定产品所有优势出口经济体列表。按此列表结合当年各国家或地区按美元计算人均GDP即可通过计算得到当年各产品经济收益指数与各国家或地区外贸收益指数。
再按相似度的定义，检验各产品优势出口经济体中两个产品同时出口的条件概率，取较小值得到计各海关编码间的关联度。结合复杂网络的拓扑结构与稳定性需要筛选合适的关联度边界作为两个产品存在相似性的标准。计算中各HS编码视为复杂网络中的节点，将产品关联度作为复杂网络中各边权重，然后通过计算模拟得到该复杂网络的较稳定分布。此时的复杂网络结构即可视为当年的全球产品空间结构。
基于全球产品空间结构与各经济体优势产品列表，再结合当年国际贸易进出口数据，同时结合进出口份额，就能映射出全球各经济体当前外贸产品结构在产品空间内投影。
另一方面通过对历史出口数据进行分析，我们得到了各经济体长期存在进口但无出口记录的产品、并结合该经济体的自身情况，筛选该经济体由于条件限制难以获得国际出口竞争力的产品列表组成负面清单，修正计算结果以提升产品升级路径与收益预测的有效性。

4.结论分析

通过计算与模拟，我们得到了2010-2023年各经济体在全球产品空间中的映射，亦可称为各经济体外贸产品结构。通过将相同时间下各经济体的外贸产品结构进行比较与计算，我们得到量化不同经济体间总体产品竞争激烈程度的方法，可考察产品与产品组在不同市场中的占有率及未来潜在发展趋势。另外结合对产品收益的计算与产品空间复杂网络结构的分析，结合经负面清单改进过的产品距离，我们可以从发展难度、潜在经济收益、对经济体产品结构补全效果及此产品全球市场规模变化趋势多方面进行通盘考虑。此处参考了哈佛大学增长实验室公开项目THE ATLAS OF ECONOMIC COMPLEXITY中的数据指标以进行上述增长收益预测。
单年产业分析只是一部分，我们还可基于多年连续数据分析各经济体的外贸产品结构变化历史，考察各产品集群的变化与迁移，并结合此过程中的各经济体经济发展与外贸出口竞争力的变化，为新的产品集群规划与生成进行预测。
参考文献
[1]亚当斯密.国民财富的性质和原因的研究[M].1776
[2]大卫李嘉图.政治经济学及赋税原理[M].1817
[3]俄林.区域贸易和国际贸易[M].1933
[4]里昂惕夫.国内生产与对外贸易:美国资本状况的重新检验[C].1953 [5]弗农.产品周期中的国际投资与国际贸易[M].1966
[6]克鲁格曼.市场结构与对外贸易[M].1985
[7]迈克尔波特.国家竞争优势[M].1990
[8]马歇尔.经济学原理[M].1890
[9]韦伯.工业区位论[M].1909
[10]Cesar a. Hidalgo，Bailey Klinger，Ricardo Hausmann and albert-lászló Barabási. The Product Space Conditions the Development of Nations.Science 317,482-487(2007).
[11]http://www.atlas.cid.harvard.edu。