高铁的开通可以改变运输格局,提高地区之间的连通性,影响各个地区的经济发展,从而产生经济溢出效应。但是这种经济溢出效应无论是性质（即对区域经济的利与弊）还是程度上都是不确定的,这给政府投资高铁的决策带来了困难。此外,高铁建设非常昂贵,需要大量的投资,这也给政府带来了相当大的财政负担。为了减轻政府面临的财政负担,以及降低高铁的经济溢出效应不确定性带来的风险,采用公私合营（Public-private partnership,PPP）模式投资高铁注定是首选。本文在考虑高铁投资中区域经济溢出效应不确定性下,以私人企业参与程度为决策变量,以社会福利最大化为目标函数,建立了高铁投资的公私合营（PPP）数学模型。通过求解模型得出了政府的最优决策,即公私合营模式中私人企业的最优投资占比。然后分析了经济溢出效应的一阶矩（平均值）和二阶矩是如何影响政府的最优决策。最后,通过考虑特许运营期时间,本文将模型进一步拓展到了建设-运营-转让（Build-Operate-Transfer,BOT）模式。通过研究发现,在公私合营模式中,当高铁的区域经济溢出效应的一阶矩较高时,政府更希望刺激高铁客流量以扩大经济溢出效应,从而导致私人企业分得的利润下降。为了保证私人企业参与公私合营模式,政府需要提供更高的私人投资份额,使私人企业可以获得更多的高铁运营利润。即私人企业的最优投资占比随着高铁的经济溢出效应的一阶矩的增大而增加。当经济溢出效应的二阶矩较高时,从风险分担的角度来看,高铁投资隐含着较高的投资回报风险。因此,政府会提高私人企业的投资占比以便将更多的投资风险分给私人企业,即私人企业的最优投资占比随着经济溢出效应的二阶矩的增大而增加。但是,当经济溢出效应的一阶矩或二阶矩过高时,政府可能选择不采用公私合营模式,而是独自投资高铁。因为在这种情况下,公私合营模式中需要太多的私人所有权,从而严重降低了社会福利。然后,本文还利用所得的研究结果来解释为什么中国只在东部和沿海地区采用公私合营模式投资高铁,而没有在中西部地区采用。