人工智能的三種效應：理論分析

黃 旭

（寧波財經學院金融與信息學院，浙江寧波 315715）

一、引言

人工智能作為第四次工業革命中的核心技術，將引領新一輪工業革命的浪潮。與以往技術變革顯著不同的是，人工智能對經濟和社會的影響更廣泛，也更深遠。人工智能具備如下特征：人工智能技術對自動化資本和勞動者具備增強效應，同時作為一種通用性技術，人工智能具備強大的溢出效應。人工智能的三種效應將影響產業結構發生變化，同時深刻影響要素收入分配結構格局的變化。本文通過構建兩部門模型，試圖分析人工智能的三種效應對產業結構轉型升級和勞動收入份額的影響，研究結論可以為我國借助人工智能實現高質量發展提供相應的理論支撐。

人工智能技術能增強資本的生產效率，比以往的技術變革的效應更大（Brynjolfsson，2018）。例如工業機器人和物流中的無人駕駛卡車，極大提高了資本的生產效率。以往的技術變革滿足邊際成本遞增或資本報酬遞減的規律，而人工智能的很多投資，不會折舊，甚至會增值，未來可能會進入資本報酬遞增的階段。過往的技術變革產生的機器在使用中會折舊，而人工智能的有些產品，擁有自我學習的功能，會帶來資本的增值。例如，智能翻譯與語音助手等人工智能（artificial intelligence，AI）產品不會折舊，而AlphaGo 通過機器學習，越來越聰明，會實現增值。

人工智能對勞動者的影響也比以往技術變革大（Bessen，2019）。首先，人工智能能大幅度提高勞動者生產效率，如IBM（International Business Machines Corporation）開發的WATSON 機器人，能在很短的時間生成詳細的醫療報告，大大節約了醫生診斷的效率。其次，以往技術革命主要替代的是體力勞動者，而人工智能的快速發展，使得對腦力勞動的替代成為可能，例如律師、數據分析師等職業均存在被人工智能替代的風險（Acemoglu 和Restrepo，2019）。最后，人工智能對勞動者技能組合需求在提高。人工智能技術的發展，催生了很多新的崗位，例如數據科學家、軟件工程師和機器學習工程師等。社會對高級認知技能（包括讀寫和計算）、溝通技能及多種技能組合的需求在不斷增加。根據2019 年世界銀行發展報告，2000—2014 年，玻利維亞的高技能工作的需求增加了8%。埃塞俄比亞增加了13%。雖然以往技術變革也會取代舊工作，產生新的工作，但是人工智能對技能的需求更高，是持續變化的。

以往技術革命改變的只是某些產業，而人工智能作為一種通用技術（general purpose technology，GPT），卻極可能助力各產業轉型智能升級。GPT 對經濟增長尤為重要，因為它會在整個經濟中迅速傳播，并在各行業中產生溢出效應。例如，由于AI 的賦能，傳統行業演化為新零售（包括智能門店）、智能制造、智慧農業、智能教育、智能醫療和智能營銷等。人工智能技術的興起，導致行業間發生垂直方向的整合，最后只剩下少數幾家平臺型企業占據絕大部分市場份額。行業平臺化的演變導致大部分利潤被少數企業壟斷，這是人工智能技術區別于以往技術變革的一個重要方面。

人工智能促進產業結構轉型升級主要通過如下途徑：①人工智能被理解為自動化生產方式，將以更低廉的資本替代大量從事常規性工作的工人（Acemoglu 和Restrepo，2018a、2018b、2018c；董志強和黃旭，2021）。企業通過使用大量的自動化設備，提高了企業的生產效率，擴大了生產規模，反過來增加了對勞動力的需求。②人工智能被理解為資本偏向型技術（Aghion et al，2017；陳彥斌等，2019；董志強和黃旭，2019）或勞動偏向型技術（Bessen，2019），人工智能的偏向性取決于智能資本對勞動力的替代彈性。③人工智能通過影響市場結構改變產業結構（陳永偉，2018）。使用人工智能的企業極大地提高了生產效率，在同行業競爭中，通過占據更多市場份額逐漸占據支配地位，形成平臺型企業（Autor et al，2020）。④人工智能影響傳統生產方式，導致資本和勞動力在不同部門間流動，從而促進產業結構轉型升級（郭凱明，2019）。

現有文獻研究人工智能對勞動收入份額的影響主要分為如下幾個方面：①產業結構轉型升級的視角。人工智能技術的發展和應用將導致生產要素在不同產業部門之間流動，在產業結構轉型的過程中勞動收入份額會發生變動（郭凱明，2019）。②技能偏向性視角。人工智能會通過就業技能結構高級化、技能收入差距擴大化兩個渠道降低勞動收入份額。一方面，人工智能可以通過機器學習改變傳統的生產方式和勞動方式，重塑勞動力的就業技能結構；另一方面，人工智能可以提升高技能勞動力的收入水平，降低低技能勞動力的收入水平，改變勞動者的技能收入結構（蔡躍洲和陳楠，2019；鈔小靜和周文慧，2021）。③人工智能應用視角。在企業中，人工智能多以工業機器人的形式在制造業中被廣泛應用。使用機器人同時提高了生產效率和工資率，但勞動生產率增長速度快于工資率，使用機器人的企業勞動收入份額下降4.1%左右（余玲錚等，2019）。④工作任務變化。人工智能通過自動化替代舊的勞動力生產任務，同時通過技術變革創造新的勞動力工作任務。根據美國數據，人工智能發展的初期還無法充分體現出創造新任務的優勢，由于其更側重于自動化會導致勞動力市場需求停滯，勞動收入份額下降（Acemoglu 和Restrepo，2019）。

本文在借鑒Aghion et al（2017）、Acemoglu 和Restrepo（2018a、2018b、2018c）、郭凱明（2019）的基礎上，構建了一個兩部門的模型。模型中主要以指數函數形式體現了人工智能技術的三種效應。研究發現，人工智能會影響企業的產出彈性，同時對企業之間資本和勞動力的再分配造成影響，進一步影響勞動收入份額和資本收入份額的變化。具體為①如果資本和勞動是相互替代的，當人工智能對資本的增強效應大于勞動力，則資本的產出彈性將上升，勞動的產出彈性將下降，反之，資本與勞動互補時結論相反；②當兩部門產品同質時，如果人工智能部門的資本產出彈性大于傳統物質生產部門，則隨著資本存量和勞動力供給的增加，資本和勞動力將由傳統物質生產部門流向人工智能部門；③如果兩部門產品相互替代，如果兩部門中人工智能技術對資本的增強效應大于勞動力，則隨著人工智能技術的提高，分配給人工智能部門的資本比例上升，勞動比例下降；反之，如果兩部門產品互補，則結論相反；④如果資本與勞動力的替代彈性為1，當兩部門產品相互替代時，如果人工智能技術對人工智能部門資本和勞動力的增強效應之和，大于對傳統物質生產部門資本和勞動力的溢出效應之和，則資本收入份額上升，勞動收入份額下降；反之，如果兩部門產品互補時，則結論相反。

本文的創新之處在于，同時考慮人工智能技術的三種效應，對人工智能的研究更全面。另外，將人工智能技術理解成一種軟體性技術，以指數函數的形式與以往的技術變革加以區分。西方的理論文獻普遍將人工智能理解成為一種自動化的生產方式，替代低技能勞動力，互補高技能勞動力，對人工智能效應的刻畫比較模糊，本文則通過指數函數詳細刻畫了人工智能影響資本、勞動者生產效率和溢出效應的大小。

二、模型

假設社會存在一個最終品生產企業和兩個中間品生產企業，最終品企業生產要素來源于這兩家中間品企業。

最終品企業生產函數為

其中：Y為最終品產出；Y1和Y2分別為中間品產出；ε為兩家中間品企業產品的替代彈性；γ為中間品企業1 在總產出中相對重要性的參數。

企業1 為人工智能部門，企業2 為傳統物質生產部門，人工智能技術能同時增強資本和勞動力生產效率，并對傳統物質生產部門存在較強的溢出效應。

企業1 和企業2 生產函數分別為

其中：L1和L2分別為人工智能部門和傳統物質生產部門勞動力；K1和K2分別為人工智能部門和傳統物質生產部門資本；AL1和AL2分別為兩部門勞動者生產效率；AK1和AK2分別為兩部門資本生產效率；f1(AI)=em1AI為人工智能技術對人工智能部門勞動者生產效率的增強效應；g1(AI)=en1AI為人工智能技術對自動化資本生產效率的增強效應；m1和n1分別為人工智能對勞動者和自動化資本生產效率的邊際效應。自動化資本指的是購買自動化設備所使用的資金，如工業機器人等。本文認為人工智能以軟體技術的形式驅動自動化設備進行生產，自動化設備是硬件，而人工智能是軟件。f2(AI)=em2AI和g2(AI)=en2AI分別指的是人工智能技術對傳統物質生產部門的勞動者和資本的外溢效應，m2和n2分別為人工智能對傳統物質生產部門勞動者和資本生產效率的邊際效應。人工智能技術的增強效應和外溢效應采取指數函數的形式，是為了體現人工智能技術不同于以往的技術變革，能極大地提升生產效率，同時對傳統行業存在較強的溢出效應。σ1和σ2∈[0，+∞)分別為兩部門勞動力與資本的彈性系數，α1和α2∈(0，1)分別表示兩部門勞動力產出的重要性。

為簡化起見，記TL1=AL1em1AI，TK1=AK1en1AI，TL2=AL2em2AI，TK2=AK2en2AI。假設最終品價格標準化為1，企業1產品的價格為p1，企業2 產品的價格為p2，相對價格p定義為

兩部門企業均追求利潤最大化，從而

其中：πi為企業利潤；ωi為工人工資；Ri為資本價格。

由一階條件得

假設勞動力市場總供給為L，資本市場總供給為K，市場完全出清，從而

三、均衡分析

本文主要考察人工智能技術的三種效應對工人工資、資本價格、勞動收入份額和企業結構轉型的影響。

定義企業1 使用的勞動和資本的比重分別為

其中：λl和λk分別為勞動力和資本在兩部門自由流動，能體現兩種生產要素再配置的過程，能充分體現產業結構的轉變。

假設兩部門工人是同質的，從而工資相等，由式（6）得

其中：L1=λl L；L2=(1-λl)L。

兩部門資本不存在套利，即如果企業1 資本價格較高，資本會由企業2 流入企業1，反之，如果企業2 資本價格較高，資本會由企業1 流入企業2，最終兩部門資本價格將相等。

由式（7）得

其中：K1=λk K；K2=(1-λk)K。

記兩部門資本和勞動的產出彈性分別為θki和θli（i=1，2）：

本文認為人工智能部門相比傳統物質部門所使用資本較多，勞動力較少，故假設θk1＞θk2，θl1＜θl2。

由式（10）～式（13）可得如下命題。

命題1兩部門均衡時，有

命題1（1）的經濟直覺是，人工智能技術首先影響本部門企業的產出彈性，進而影響到資本和勞動力在兩部門的流動，促進產業結構發生變化。當σi＞1，即兩部門資本與勞動力相互替代時，如果人工智能技術對資本的增強效應大于勞動力，則該部門資本產出彈性增加，勞動產出彈性減少，反之，如果人工智能對勞動的增強效應大于資本，則該部門勞動產出彈性增加，資本產出彈性減少。即資本與勞動力相互替代時，人類與人工智能呈現競爭關系，人工智能的偏向性將促進企業更多使用價格更便宜的生產要素。現實中，企業如果使用資本比勞動力價格更低廉，將促進企業更多使用智能化資本進行生產，更少使用勞動力。當0 ＜σi＜1，即兩部門資本與勞動力互補時，如果人工智能技術對資本的增強效應大于勞動力，在互補的情況下，資本生產效率的提高反而會帶來勞動邊際產出提高的更多，從而該部門勞動產出彈性提高，資本產出彈性減少。反之，如果人工智能技術對勞動的增強效應大于資本，則資本邊際產出提高更多，從而資本的產出彈性提高，勞動的產出彈性減少。即資本與勞動力互補時，人類與人工智能呈現合作的狀態，當企業增加對自動化設備的需求時，同時也會增加對研發人員和操作自動化設備的工人的需求。

命題1（2）的經濟直覺是，企業的轉型升級對應資本和勞動力在兩部門間的流動，從而導致人工智能部門資本和勞動力的比重變化。而人工智能部門資本和勞動力的比重變化，與兩部門的資本產出彈性θki、勞動產出彈性θli、資本與勞動的替代彈性σi和產品產出彈性ε有關。

特殊情形1當ε→+∞時，此時兩部門產品無限替代，即兩部門產品是同質的，命題1（2）變為

如果滿足θk1＞θk2，θl1＜θl2，即當人工智能部門的資本產出彈性大于傳統物質生產部門，或人工智能部門的勞動產出彈性小于傳統物質生產部門時，則資本和勞動力將由傳統物質生產部門流向人工智能部門。也就是說，隨著資本存量和勞動力的增加，分配給人工智能部門的資本和勞動力比例將進一步增加，分配給傳統物質生產部門的資本和勞動力比例減少。上述研究結論表明，當人工智能部門的資本產出彈性大于傳統物質生產部門，或人工智能部門的勞動產出彈性小于傳統物質生產部門時，使用人工智能有利于企業優化資本和勞動力結構，實現轉型升級。現實中，兩部門來自于同一行業，人工智能企業由于技術的優勢，將吸引更多的資本和勞動力，擠壓落后部門的生存空間，例如美團、阿里巴巴等平臺型企業。人工智能會逐步淘汰落后產能，但同時也會導致平臺型企業趨于壟斷地位。

進一步，當σ1=σ2=σ時，由式（12）、式（14）、式（16）得?(θk1-θk2)/?AI＞0 ?(σ-1)[(n1-m1)-(n2-m2)]＞0。

人工智能技術同時增強資本和勞動，將ni-mi理解為部門i資本的凈增加效應。當σ＞1 時，即資本與勞動相互替代時，如果人工智能部門資本的凈增加效應大于傳統物質生產部門，則資本和勞動力由傳統物質生產部門流向人工智能部門。原因是人工智能部門資本和勞動力的生產效率更高，將吸引更多的資金和勞動力流入人工智能部門。上述結論意味著，當資本存量和勞動力供給增加時，分配給人工智能部門的資本比例和勞動力比例將增加。這將導致人工智能部門的進一步發展壯大，傳統物質生產部門要么提高技術轉型升級，要么面臨被淘汰的局面。

當0 ＜σ＜1 時，即資本與勞動互補時，如果人工智能部門資本的凈增加效應大于傳統物質生產部門，則資本和勞動力將將由人工智能部門流向傳統物質生產部門。當資本存量和勞動力供給增加時，分配給人工智能部門的資本比例和勞動力比例將減少。

特殊情形2當σ1=σ2=1 時，θli=αi，θki=1-αi，命題一變為

當0 ＜ε＜1 時，即兩部門產品互補時，人工智能企業勞動資本產出彈性更大時，隨著資本存量和勞動力的增加，將導致資本和勞動力分配給人工智能部門比例減少；當ε＞1 時，上述結論相反。即同一行業中，使用人工智能將增加競爭優勢，促進同行業產業結構轉型升級；不同行業中，使用人工智能的企業將產生強大的溢出效應，促進相關聯企業轉型升級。

特殊情形3當σ=σ1=σ2≠1 時，命題1（2）可變為

當資本與勞動的替代彈性小于產品的替代彈性時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例和勞動力比例將增加，此時有利于人工智能企業轉型升級；反之，當資本與勞動的替代彈性大于產品的替代彈性時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例和勞動力比例將減小，此時人工智能的溢出效應將有助于傳統物質部門轉型升級。

命題2均衡時

命題2 的經濟直覺是，人工智能技術對資本和勞動力的再分配（兩部門產業結構轉型升級），與人工智能對資本和勞動力的增強效應和對傳統部門的溢出效應有關，也與資本與勞動的替代彈性、兩種產品的替代彈性有關。

特殊情形1當ε→+∞時，此時兩部門產品無限替代，即兩部門產品是同質的，命題2 變為

當兩部門人工智能技術對資本的增強效應大于勞動時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例將增加，分配給人工智能部門的勞動力比例將減少。反之，如果兩部門人工智能技術對勞動的增強效應大于資本時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的勞動力比例將增加，分配給人工智能部門的資本比例將減少。即如果人工智能是資本偏向型技術，將有利于人工智能部門轉型升級；如果人工智能是勞動偏向型技術，將更有利于傳統物質部門轉型升級。

特殊情形2當σ1=σ2=1 時，θli=αi，θki=1-αi，命題2 變為

人工智能技術對資本和勞動力的再分配，不僅與人工智能的三種效應有關，而且與兩種產品的替代彈性有關。

如果兩種產品是替代型，當兩部門人工智能技術對資本的增強效應大于勞動時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例將增加，分配給人工智能部門的勞動力比例將減少。反之，如果兩部門人工智能技術對勞動的增強效應大于資本時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的勞動力比例將增加，分配給人工智能部門的資本比例將減少。

如果兩種產品是互補型，當兩部門人工智能技術對資本的增強效應大于勞動時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例將減少，分配給人工智能部門的勞動力比例將增加。反之，如果兩部門人工智能技術對勞動的增強效應大于資本時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的勞動力比例將減少，分配給人工智能部門的資本比例將增加。

本文將α2m2+(1-α2)n2理解為人工智能技術對傳統物質生產部門資本和勞動的溢出效應之和，將α1m1+(1-α1)n1理解為人工智能技術對人工智能部門資本和勞動力的增強效應之和。

當ε＞1，即兩種產品相互替代時，如果人工智能技術對傳統物質生產部門的溢出效應之和，大于人工智能部門的增強效應之和，則勞動收入份額上升，資本收入份額下降；反之，如果人工智能部門的增強效應之和，大于傳統物質生產部門的溢出效應，則勞動收入份額下降，資本收入份額上升。

當0 ＜ε＜1，即兩種產品互補時，如果人工智能技術對傳統物質生產部門的溢出效應之和，大于人工智能部門的增強效應之和，則勞動收入份額下降，資本收入份額上升；反之，如果人工智能部門的增強效應之和，大于傳統物質生產部門的溢出效應，則勞動收入份額上升，資本收入份額下降。

四、結論

人工智能作為第四次工業革命的核心技術，將賦能全行業的發展，帶來社會生產效率的極大提升。本文在總結以往文獻的基礎上，重點突出了人工智能不同于以往技術變革的特征。人工智能具有自我學習的能力，可以同時增強資本和勞動者的生產效率。同時人工智能是一種通用性技術，具備強大的溢出效應，可促進全行業轉型升級。

本文以指數函數的形式區分了人工智能的三種效應，建立兩部門模型，分析人工智能三種效應對經濟的影響。研究發現，人工智能技術的發展會改變企業資本和勞動的產出彈性，同時影響兩部門資本和勞動力的再分配，促進產業結構轉型升級，進一步影響勞動收入份額和資本收入份額的變化。具體表現為：

（1）如果資本和勞動是相互替代的，當人工智能對資本的增強效應大于勞動力，則資本的產出彈性將上升，勞動的產出彈性將下降，反之，資本與勞動互補時結論相反。所引發的啟示是未來多研發偏向于勞動的人工智能技術。

（2）當兩部門產品同質時，如果人工智能部門的資本產出彈性大于傳統物質生產部門，則隨著資本存量和勞動力供給的增加，資本和勞動力將由傳統物質生產部門流向人工智能部門，從而促進人工智能部門轉型升級；當兩部門資本與勞動力的替代彈性相同時，若資本與勞動的替代彈性小于產品的替代彈性時，隨著資本存量和勞動力供給的增加，分配給人工智能部門的資本比例和勞動力比例將增加，反之，則結論相反。啟示是人工智能技術將帶來產業結構轉型升級，同一行業中，人工智能技術的發展將壯大人工智能部門，淘汰傳統物質生產部門，不同部門中，人工智能技術的溢出效應將促進關聯企業轉型升級。

（3）當兩部門產品相互替代時，如果兩部門中人工智能技術對資本的增強效應大于勞動力，則隨著人工智能技術的提高，分配給人工智能部門的資本比例上升，勞動比例下降，從而有利于人工智能部門轉型升級；反之，如果兩部門產品互補，則結論相反，人工智能發展有利于關聯企業轉型升級。

（4）如果資本與勞動力的替代彈性為1，當兩部門產品相互替代時，如果人工智能技術對人工智能部門資本和勞動力的增強效應之和，大于對傳統物質生產部門資本和勞動力的溢出效應之和，則資本收入份額上升，勞動收入份額下降；反之，如果兩部門產品互補時，則結論相反。

本文和以往技術進步的文獻最大的區別是，同時考慮了人工智能的三種效應，尤其是考慮了人工智能對其他行業的溢出效應。本研究結論豐富了人工智能對經濟影響的理論，對于進一步研究人工智能對經濟增長、就業和收入的影響具有一定的借鑒意義。

當然，本研究存在一定的局限性。第一個不足之處是，研究的是靜態模型。主要原因是動態模型下，一般只有Cobb-Douglas 函數才有均衡解，但Cobb-Douglas 函數無法充分體現人工智能的三種效應。第二個不足之處是，人工智能技術可以改變資本與勞動的替代程度。目前的文獻普遍采用CES（constant elasticity of substitution）生產函數，將資本與勞動的替代彈性理解成為一個常數，但從實際的角度而言，人工智能將改變資本與勞動的替代彈性，有的時候甚至會呈現很劇烈的變化。未來的研究中，需要將替代彈性理解成為人工智能的函數，改進現有的生產函數形式，突破現有的研究范式。第三個不足之處是，人工智能技術在本文中是外生的，未來可以在此基礎上引入研發部門，探究人工智能資本的積累對人工智能技術的影響，進而研究人工智能對經濟的影響。上述種種，均可以作為未來人工智能理論的研究范疇。