張亞鵬,劉雪薇
(蘭州交通大學(xué) 數(shù)理學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
隨著消費者對物質(zhì)水平要求的提高,消費者在消費過程中對服務(wù)的體驗追求的重視程度遠(yuǎn)大于對產(chǎn)品價格的關(guān)注程度.服務(wù)因素已成為影響消費者購物方式選擇不可或缺的因素,因此近年來通過加入渠道服務(wù)因素來研究供應(yīng)鏈系統(tǒng)的相關(guān)問題成為學(xué)術(shù)界眾多學(xué)者所關(guān)注的焦點[1].
眾多學(xué)者從不同角度研究雙渠道供應(yīng)鏈系統(tǒng)中服務(wù)因素對企業(yè)生存發(fā)展的影響. Aussadavut等[2]認(rèn)為價格和服務(wù)因素成為影響消費者渠道選擇的主要因素. 服務(wù)的投入不僅影響消費者渠道的最終選擇,甚至影響各渠道間最優(yōu)定價的抉擇,進(jìn)而相關(guān)學(xué)者對此做了詳盡的研究. Yao等[3]基于零售商共享信息研究以實現(xiàn)供應(yīng)鏈雙贏. Zhao[4]和Sarathi等[5]對兩階段供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)問題做研究. Li等[6]基于不同目標(biāo)對雙渠道供應(yīng)鏈做分析. 王從等[7]構(gòu)建考慮服務(wù)價值因素的雙渠道供應(yīng)鏈模型,通過數(shù)值模擬對其定價策略做研究. 陳興禮[8]構(gòu)建創(chuàng)新和服務(wù)的企業(yè)動態(tài)價格博弈,并對價格決策做了分析.Li Qiuxiang等[9]構(gòu)建納什博弈模型和斯坦伯格博弈模型研究服務(wù)水平和利潤分配對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響. 張芳等[10]分別對集中和分散兩種決策下靜態(tài)和動態(tài)的雙渠道供應(yīng)鏈博弈模型做了研究. 郭戰(zhàn)兵[11]基于消費者有限理性研究寡頭博弈的動力學(xué)特征. 李亭[12]對一類多渠道供應(yīng)鏈價格博弈的復(fù)雜動力學(xué)做了分析. 在供應(yīng)鏈渠道合作方面,范辰等[13]考慮渠道競爭和消費者行為的渠道整合的雙渠道供應(yīng)鏈中,對定價與服務(wù)合作決策做了分析研究. 此外,曹銀霞等[14]建立非線性動態(tài)古諾雙寡頭模型,研究其動力學(xué)特性,得出結(jié)論,極小的初值變化會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生不同的分岔. 張雅慧等[15]基于延遲有限理性建立含溢出效應(yīng)的雙寡頭壟斷市場博弈模型,研究表明:合理調(diào)整企業(yè)調(diào)整速度可使系統(tǒng)盡可能時間長的處于穩(wěn)定狀態(tài). 趙娜等[16]在有限理性的基礎(chǔ)上建立動態(tài)混合雙寡頭模型,研究發(fā)現(xiàn)通過使用延遲控制能使系統(tǒng)的混沌狀態(tài)得到有效的控制.
在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文建立具有有限理性的雙渠道供應(yīng)鏈模型.首先求解出系統(tǒng)的三個邊界均衡點和唯一的納什均衡點,并對其各自的類型局部穩(wěn)定性進(jìn)行討論,通過數(shù)值模擬對模型復(fù)雜動力學(xué)行為作研究,將產(chǎn)品的銷售價格、服務(wù)值和合作渠道的利潤分配率作為決策變量,通過改變銷售價格的調(diào)整速度、服務(wù)和合作渠道的利潤分配率來研究渠道合作和服務(wù)投入對市場最終走向的影響.
考慮制造商和零售商構(gòu)成的雙渠道供應(yīng)鏈,制造商在直銷渠道以價格p1向消費者銷售產(chǎn)品,并向其提供服務(wù)水平為v1的服務(wù).在合作渠道中,制造商將產(chǎn)品放在零售商店鋪中進(jìn)行代銷[9],設(shè)置一定的庫存,允許消費者在此進(jìn)行消費,這個渠道中零售商會向消費者提供相應(yīng)的銷售服務(wù),但這個服務(wù)水平v2和產(chǎn)品銷售價格p2均由制造商決定.在合作渠道中,制造商和零售商按利潤分配率k∈[0,1]對利潤進(jìn)行分配,k值決定零售商所獲的利潤.但當(dāng)k值太小時,零售商會不愿意與制造商合作,因而,制造商需與零售商一起協(xié)商確定k值.在本系統(tǒng)中,制造商和零售商均將銷售價格pi(i=1,2)選作決策變量,根據(jù)文獻(xiàn)[3-5]和實際競爭情況,可知兩個渠道的需求均會受到另一渠道產(chǎn)品的銷售價格和服務(wù)水平的影響,可得兩渠道的需求函數(shù)分別為
Di=ai-bipi+τipj+δivi-εvj,i,j=1,2,i≠j
(1)
其中:ai是潛在市場的規(guī)模;bi是價格彈性系數(shù);τi是交叉彈性系數(shù);δi是服務(wù)敏感系數(shù);ε是交叉渠道的服務(wù)的影響(i=1,2).
根據(jù)文獻(xiàn)得服務(wù)水平的成本[17]為
假設(shè)制造商生產(chǎn)產(chǎn)品成本恒定,記為常數(shù)c,則直銷渠道和合作渠道的利潤函數(shù)πi(i=1,2)分別為
(2)
由合作結(jié)構(gòu)可知制造商和零售商按分配比例值k對合作渠道的利潤進(jìn)行分成,制造商和零售商的利潤函數(shù)如下:
(3)
對上式求其一階偏導(dǎo)得制造商和零售商的邊際利潤為
(4)
因為在實際的經(jīng)濟(jì)市場中,企業(yè)間不能完全掌握對方的決策信息,假設(shè)系統(tǒng)中制造商和零售商均基于有限理性進(jìn)行決策,根據(jù)邊際利潤的局部估計來確定t+1時期的產(chǎn)品價格.進(jìn)而,引入這一動態(tài)調(diào)整機(jī)制:
(5)
其中σi(i=1,2)表示動態(tài)調(diào)整速度.將式(4)代入式(5)得以下動態(tài)博弈模型:
p1(t+1)=p1(t)+σ1p1(t)(a1-2b1p1+(τ1+kτ2)p2+ (b1-kτ2)c+δ1v1-εv2),p2(t+1)=p2(t)+σ2p2(t)(1-k)· (a2-2b2p2+τ2p1+b2c+δ2v2-εv1).
(6)
令pi(t+1)=pi(t)(i=1,2),系統(tǒng)(6)的4個均衡點分別為
其中
E0,E1,E2位于坐標(biāo)軸上,稱為邊界均衡點.均衡點E*位于相平面(p1,p2)內(nèi)部,稱其為內(nèi)部均衡點或納什均衡點.為保證每個均衡點有意義,可得以上參數(shù)須滿足
S:{a2+b2c+δ2v2-εv1>0, 4b1b2-τ2(τ1+kτ2)>0,a1+(b1-kτ2)c+δ1v1-εv2>0}.
(7)
系統(tǒng)在任一點的Jacobian矩陣為
(8)
其中
J11=1+σ1[a1-4b1p1+(τ1+kτ2)p2+ (b1-kτ2)c+δ1v1-εv2],J12=σ1p1(τ1+kτ2),J21=σ2p2(1-k)τ2,J22=1+σ2(1-k)· (a2-4b2p2+τ2p1+b2c+δ2v2-εv1).
將所求得的各個均衡點依次代入(8)中得以下命題.
定理1E0為不穩(wěn)定結(jié)點.
證明將E0=(0,0)代入式(8)可得其Jacobian矩陣為
由于矩陣是對角陣,所以特征值為其對角線元素,分別為
λ1=1+σ1N,λ2=1+σ2M.
由σ1,σ2的非負(fù)性和N>0,M>0,可得λi>1(i=1,2),因此E0為不穩(wěn)定的結(jié)點.
證明將E1代入式(8)可得其Jacobian矩陣為
J(E1)=
特征值分別為
λ2=1-σ2(1-k)M.
結(jié)合前面參數(shù)分析可得|λ1|>1恒成立,因而只需對λ2的取值范圍進(jìn)行求解即可.
|1-σ2(1-k)M|<1,
可得|λ2|<1,則E1為鞍點.
|1-σ2(1-k)M|>1,
進(jìn)而得|λ2|>1,則E1是不穩(wěn)定結(jié)點;
|1-σ2(1-k)M|=1,
可得|λ2|=1,得E1為非雙曲點.
接下來主要分析納什均衡點E*的局部穩(wěn)定性,系統(tǒng)在E*處的Jacobian矩陣為
(9)
其中:關(guān)系式L=M(τ1+kτ2)+2b2N,H=2b1M+τ2N均是非負(fù)的,可得其特征方程為λ2-Tr(E*)λ+Det(E*)=0,其中Tr(J*)是矩陣的跡,Det(J*)是行列式,有
(10)
(11)
基于穩(wěn)定性條件可得,局部漸近穩(wěn)定的充要條件是其Jacobian矩陣的特征值位于單位圓內(nèi). 由Jury判據(jù)得E*局部漸近穩(wěn)定性條件為
(i)
1+Tr(E*)+Det(E*)=
>0.
(ii)
1-Tr(E*)+Det(E*)=
(iii)1-Det(E*)=
>0.
結(jié)合前面的參數(shù)分析,可看出式(ii)恒成立,因而只需驗證式(i)和(iii)成立即可.針對式(iii),若式(iii)成立,則有關(guān)系式σ1σ2(1-k)LH-2(b1σ1L+b2σ2(1-k)H)<0成立,即σ1L(σ2H-2b1)<2b2σ2(1-k)H,但其中一項因子σ2H-2b1的正負(fù)號不能確定,進(jìn)而對其分情況進(jìn)行討論:
若條件(i)成立,則
4(4b1b2-τ2(τ1+kτ2))> 4b1σ1L+4b2σ2(1-k)H-σ1σ2LH(1-k),
對其進(jìn)行化簡可得
(4b1-σ2H(1-k))(4b2-σ1L)> 4τ2(τ1+kτ2),
由τi的非負(fù)性可得4b1-σ2H(1-k)與4b2-σ1L同號.
①若4b2-σ1L>0,則有4b1-σ2H(1-k)>0,可得
②若4b2-σ1L<0,則有4b1-σ2H(1-k)<0,可得
即當(dāng)
4b2-σ1L>0,
且
時,或者
4b2-σ1L<0,
且
時條件(i)成立.綜上所述,當(dāng)且僅當(dāng)三個條件同時成立時E*局部穩(wěn)定.
從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看,穩(wěn)定區(qū)域指若制造商和零售商各自選擇的價格調(diào)整速度(σ1,σ2)在這個區(qū)域內(nèi),經(jīng)有限次博弈系統(tǒng)會達(dá)到穩(wěn)定態(tài),使得系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展,即此時制造商和零售商的利益均會達(dá)到最優(yōu).
基于上述對E*的局部穩(wěn)定性所做的分析,可在調(diào)整速度(σ1,σ2)平面結(jié)合其穩(wěn)定域的大小和形狀做進(jìn)一步的解釋.
首先固定一組參數(shù)為a1=1.6499,a2=0.8417,b1=0.4964,b2=0.1376,δ1=0.3690,δ2=0.6022,τ1=0.2291,τ2=0.5768,k=0.0699,c=3.9649,v1=1.2169,v2=0.4900,ε=9.629000e-01,可得到如圖1(a)所示的在這組參數(shù)下納什均衡點E*相對應(yīng)的穩(wěn)定域,圖中的灰色區(qū)域表示系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域,而白色區(qū)域表示系統(tǒng)的不穩(wěn)定區(qū)域.通過改變v1的值獲得了三條由不同形式的曲線表示的穩(wěn)定域的邊界曲線,如圖1(b)所示.
圖1 (a)v1=1.2169時的系統(tǒng)關(guān)于 調(diào)整速度σ1和σ2的穩(wěn)定域; (b)v1不同值對應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定域的邊界曲線
從中可觀察到隨著參數(shù)v1的增加,系統(tǒng)的穩(wěn)定域在σ1,σ2軸上均有一定程度的增加,而且穩(wěn)定域在整體上呈現(xiàn)出增大的趨勢,但其穩(wěn)定域形狀基本不發(fā)生改變,即改變v1的大小,系統(tǒng)的穩(wěn)定域的大小會發(fā)生改變,但其形狀并不受v1變化的影響.由納什均衡點的表達(dá)式可知調(diào)整速度的改變并不影響納什均衡點的值,但從圖1中可得改變調(diào)整速度會改變納什均衡點的穩(wěn)定性.一旦調(diào)整速度σi(i=1,2)中大于等于1個的值超出穩(wěn)定區(qū)域,制造商和零售商將進(jìn)行無序競爭;而當(dāng)σi均選擇在穩(wěn)定域中時系統(tǒng)會在有限次博弈后最終達(dá)到納什均衡.
為研究系統(tǒng)分岔路徑,在圖1這組參數(shù)下固定v1=1.2169,可得系統(tǒng)在調(diào)整速度(σ1,σ2)平面上的2-D分岔圖,如圖2(a)所示,其中1對應(yīng)了系統(tǒng)的周期-1區(qū)域,也即系統(tǒng)的穩(wěn)定域,由灰色進(jìn)行表示,2表示系統(tǒng)的周期2區(qū)域,由灰白色表示,4表示周期-4區(qū)域,由淺灰色表示,最后由黑色表示周期數(shù)目超過30的混沌區(qū)域.從中觀察出σ1∈[0,0.4],σ2∈[0,0.6].該2-D分岔圖形如“牛角”狀,該角狀區(qū)域是排列整齊的波紋形.進(jìn)一步在圖2(a)基礎(chǔ)上加入了逃逸域,通過黑白色兩色將混沌和逃逸進(jìn)行區(qū)分得到加入逃逸域之后的2-D分岔圖,如圖2(b)所示.在2-D分岔圖中每個區(qū)域均被賦予不同的顏色以顯示其特定的動力學(xué)行為.系統(tǒng)經(jīng)兩條路徑進(jìn)入混沌,一條是系統(tǒng)經(jīng)flip分岔進(jìn)入混沌,這種情況在σi(i=1,2)其中之一任意小發(fā)生.另一路徑為系統(tǒng)先發(fā)生flip分岔至2周期,再經(jīng)Neimark-Sacker分岔進(jìn)入混沌.進(jìn)而可看出隨著σi的增加系統(tǒng)將經(jīng)歷穩(wěn)定化、周期性沖擊、混沌甚至消失.圖中波紋處主要呈現(xiàn)出周期和逃逸兩種狀態(tài)的交替出現(xiàn),若將該系統(tǒng)的調(diào)整速度選在此范圍內(nèi)將不利于各個企業(yè)的發(fā)展,甚至?xí)蛊髽I(yè)被迫退出市場.仔細(xì)觀察圖2(a)可從中發(fā)現(xiàn)在[0.262,0.3]×[0.118,0.134]這個小區(qū)域內(nèi)可能有新的發(fā)現(xiàn),對該區(qū)域進(jìn)行局部放大可得圖2(c),從中可發(fā)現(xiàn)這是一個類似于“眼球”狀的圖形,可看出在這個區(qū)域內(nèi),系統(tǒng)只有2周期態(tài)的灰白色和逃逸態(tài)的黑色區(qū)域,且這兩種狀態(tài)是交替產(chǎn)生的.繪制為圖2(c)的2-D最大Lyapunov指數(shù)圖,如圖2(d)所示,其表現(xiàn)出的動力學(xué)行為與2-D分岔圖中的相吻合.在這幅圖中選用更少的顏色區(qū)域即可將系統(tǒng)的擬周期、混沌和逃逸區(qū)域劃分的很清晰.系統(tǒng)的周期態(tài)由白色至淺灰色的漸變色表示,擬周期由淺灰色和灰色的交界處表示,混沌則由灰色至黑色的漸變色表示,可得知在指數(shù)圖中這3種狀態(tài)的指數(shù)分別是小于0、等于0、大于0小于2.當(dāng)其大于2時,系統(tǒng)處于逃逸態(tài),此時企業(yè)會被強(qiáng)制性的退出競爭市場.目前由于算法的限制,在這幅圖中的逃逸區(qū)域均采用黑色來統(tǒng)一表示.
圖2 (a)2-D分岔圖;(b)加入逃逸域后的2-D分岔圖;(c) (a)圖的局部放大;(d) (c)的2-D最大Lyapunov指數(shù)圖.
在2-D分岔圖中,主要選取制造商和零售商的價格調(diào)整速度σ1,σ2作分岔參數(shù),來對其相互調(diào)整過程做詳盡的分析研究.然而1-D分岔圖中,可固定制造商或零售商其中之一價格調(diào)整速度來分析這種情況下另一家的動態(tài)調(diào)整過程.在這組參數(shù)下,固定σ2=0.3481,選σ1作為分岔參數(shù),得1-D分岔圖,如圖3(a)所示,其相應(yīng)的最大Lyapunov指數(shù)圖如圖3(b)所示.綜合圖3(a)、(b),可觀察到系統(tǒng)的初始狀態(tài)是混沌態(tài),但這個混沌態(tài)維持的時間極短,很快就進(jìn)入周期態(tài),當(dāng)0.0017<σ1<0.0255時,系統(tǒng)處于穩(wěn)定態(tài),這意味著數(shù)次博弈之后p1(t),p2(t)將會在納什均衡點保持穩(wěn)定.σ1=0.0255時系統(tǒng)發(fā)生分岔進(jìn)入2周期;σ1=0.114時系統(tǒng)經(jīng)Neimark-Sacker分岔進(jìn)入混沌,短暫混沌之后系統(tǒng)重新進(jìn)入周期,之后再由此態(tài)徹底進(jìn)入混沌.在指數(shù)圖中,當(dāng)最大Lyapunov指數(shù)小于0、等于0、大于0分別對應(yīng)于系統(tǒng)的周期、擬周期、混沌或逃逸態(tài),系統(tǒng)處于混沌或逃逸時系統(tǒng)中的制造商和零售商均無法判斷市場的真實走向,因而市場將會變得極其不穩(wěn)定.
進(jìn)一步選擇固定σ1=0.5306,將直銷渠道服務(wù)值v1選作分岔參數(shù)可得圖4(a)所示的系統(tǒng)關(guān)于v1變化的1-D分岔圖,從中可看出制造商在直銷渠道的銷售價格p1的分岔行為為圖中的黑色曲線,其初始狀態(tài)為混沌態(tài),當(dāng)3.743
圖3 σ2=0.3481時σ1作為分岔參數(shù)的1-D分岔圖及相應(yīng)的最大Lyapunov指數(shù)圖
圖4 v值變化的單參圖
固定σ1=0.1376,取k作分岔參數(shù)得圖5所示1-D分岔圖,觀察到隨k值增大,系統(tǒng)經(jīng)歷周期態(tài)和混沌態(tài),初始態(tài)為2周期態(tài),k=0.0223時系統(tǒng)經(jīng)Neimark-Sacker分岔進(jìn)入混沌,但這次混沌的時間不長,隨k值進(jìn)一步增大,系統(tǒng)由混沌重新進(jìn)入多周期態(tài),在歷經(jīng)數(shù)次的周期和混沌輪流出現(xiàn)后系統(tǒng)將徹底地進(jìn)入混沌狀態(tài).其相應(yīng)最大Lyapunov指數(shù)圖如圖5(b)所示.在這種情況下,可知當(dāng)利潤分配率k的值選的足夠小,也即零售商所占的利潤比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于制造商時系統(tǒng)將會更容易趨于穩(wěn)定的周期狀態(tài),此時也更有利于市場的穩(wěn)定發(fā)展.
圖5 單參圖及其最大Lyapunov指數(shù)圖
吸引子共存是指選擇不同的初值(p1(0),p2(0)),在經(jīng)有限次迭代后,會出現(xiàn)幾種吸引子同時存在的情況.吸引盆實質(zhì)上是吸引子演化的路徑依賴的一種現(xiàn)象,即在吸引子的吸引域中任選一初始值,最終都會跑到這個吸引子上.在圖3的參數(shù)下,可得一組兩種吸引子共存的吸引盆的演化過程,如圖6所示.深灰色混沌吸引子的吸引域為灰色區(qū)域;黑色吸引子吸引域為灰白色區(qū)域,灰黑色區(qū)域為系統(tǒng)逃逸域.在圖6(a)中觀察到吸引子的共存現(xiàn)象主要集中在[5,9.8]×[7.8,25]區(qū)域,為了更清晰地觀察到吸引子共存的具體情況,對其進(jìn)行局部放大,如圖6(a)的右下角區(qū)域,通過學(xué)習(xí)可知吸引盆的形狀都是一樣的,因而之后在圖(b)~(d)中將只對[5,9.8]×[7.8,25]區(qū)域進(jìn)行吸引盆的繪制.可觀察到隨σ1值增加,深灰色吸引子的混沌環(huán)逐漸增大,但其吸引域在σ1≤0.1145時逐漸減小,當(dāng)σ1>0.1145時其吸引域又逐步增大,而黑色吸引子周期數(shù)增加.當(dāng)σ1≤0.1145時其吸引域會逐漸增大,但隨著σ1進(jìn)一步增加,其吸引域又再次減小.吸引子共存現(xiàn)象在經(jīng)濟(jì)學(xué)上的解釋為多穩(wěn)態(tài),當(dāng)系統(tǒng)中兩家企業(yè)的初始銷售價格選在這兩種顏色的吸引域上時,兩家企業(yè)會在市場上進(jìn)行動態(tài)價格博弈,最終達(dá)到均衡的狀態(tài),而當(dāng)其初始的銷售價格選取在灰黑色的逃逸區(qū)域上時,市場最終會進(jìn)入無序的混亂狀態(tài).
(a)σ1=0.114,(b)σ1=0.1142,(c)σ1=0.1145,(d)σ1=0.1153. 圖6 吸引子共存的吸引盆演化過程
本文研究制造商和零售商組成的具有合作和服務(wù)的雙渠道供應(yīng)鏈系統(tǒng),分析了模型的均衡點的類型及其穩(wěn)定性,對同組參數(shù)下的2-D分岔圖、2-D最大Lyapunov指數(shù)圖、1-D分岔圖、奇異吸引子演化及其吸引盆演化進(jìn)行了分析.研究表明:在市場競爭中當(dāng)其調(diào)整速度較小時系統(tǒng)將處于穩(wěn)定狀態(tài),且制造商和零售商能實現(xiàn)共贏;當(dāng)調(diào)整速度較大時,系統(tǒng)會由周期逐步進(jìn)入混沌,甚至出現(xiàn)吸引子共存,引起市場混亂,進(jìn)而導(dǎo)致制造商和零售商無法掌握市場的具體情形,為使制造商和零售商利潤達(dá)最優(yōu),兩者均應(yīng)選較小的調(diào)整速度.同時,分析直銷渠道的v1的單參圖可知3.743