人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及其演化機制

袁 野，汪書悅，陶于祥

（重慶郵電大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，重慶 400065）

1 研究背景

2018 年10 月31 日，習(xí)近平總書記在中共中央政治局第九次集體學(xué)習(xí)上指出，我們必須主攻關(guān)鍵核心技術(shù)，以問題為導(dǎo)向，全面增強人工智能科技創(chuàng)新能力，加快建立新一代人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)體系，在短板上抓緊布局，確保人工智能關(guān)鍵核心技術(shù)牢牢掌握在自己手里［1］。根據(jù)中國信息通信研究院（以下簡稱“信通院”）和中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟［2］2021 年4 月發(fā)布的《人工智能核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)白皮書》的數(shù)據(jù)顯示，我國人工智能領(lǐng)域的專利和論文數(shù)量均位居世界前列，其中專利數(shù)量達30.1 萬件，占全球總量的39%。然而，我們也清楚的認(rèn)識到，我國人工智能整體發(fā)展水平與發(fā)達國家相比仍存在較大的差距：一是關(guān)鍵設(shè)備、重要元器件和操作系統(tǒng)等關(guān)鍵共性技術(shù)基本被英偉達、AMD、英特爾等國際巨頭壟斷，形成“鎖定效應(yīng)”［3］。二是在人工智能技術(shù)創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng)還不夠健全，穩(wěn)定性和抗風(fēng)險能力還有待加強，特別是創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中的多元利益創(chuàng)新主體之間的協(xié)同機制不夠，在一定程度上也制約了我國人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)的突破和發(fā)展［4］。那么，我國人工智能技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)是否已經(jīng)形成？若已形成，如何演化？如何科學(xué)把握演化規(guī)律，提升技術(shù)創(chuàng)新能力的路徑？以上問題備受學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界與政府部門的關(guān)注。隨著創(chuàng)新范式螺旋式演進，創(chuàng)新更加注重系統(tǒng)化和生態(tài)化，強調(diào)系統(tǒng)間的互動，不再局限于單個企業(yè)的創(chuàng)新能力，而是側(cè)重多元主體之間的價值共創(chuàng)；同時，創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)理論強調(diào)開放的特性，而開源開放在人工智能技術(shù)創(chuàng)新中起到關(guān)鍵作用。基于此，從創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的視角來研究人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

從學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究來看，近幾年，國內(nèi)外有關(guān)人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)、創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)、人工智能技術(shù)創(chuàng)新的研究持續(xù)增長。比較有代表性的包括，王雅薇等［5］從專利視角識別了人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新路徑；邵必林等［6］首次將系統(tǒng)學(xué)和生態(tài)學(xué)理論引入人工智能技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域，但研究內(nèi)容中有關(guān)人工智能技術(shù)屬性方面的體現(xiàn)有所欠缺；李曉華等［7］以人工智能產(chǎn)業(yè)為例分析了技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)演進的關(guān)系。現(xiàn)有文獻均為該領(lǐng)域研究奠定良好基礎(chǔ)，但現(xiàn)階段研究剛處于起步期，呈現(xiàn)持續(xù)性不足、內(nèi)容普適化和不聚焦等現(xiàn)象。從創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的研究來看，黃魯成［8］認(rèn)為區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的研究，在理論和方法上多基于主觀判斷構(gòu)建系統(tǒng)，關(guān)注靜態(tài)的要素構(gòu)成和功能、忽略了技術(shù)創(chuàng)新行為和發(fā)展機制研究；薛瀾等［9］以人工智能產(chǎn)業(yè)為例研究了資源異質(zhì)性、知識流動與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的關(guān)系；臧欣昱等［10］對產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同研發(fā)策略進行了博弈分析。

綜上所述，已有研究大多圍繞人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、組織模式、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)、合作聯(lián)盟、技術(shù)創(chuàng)新績效等層面的分析較多，但是在人工智能產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)的創(chuàng)新生態(tài)研究方面，生態(tài)系統(tǒng)的中的創(chuàng)新主體間怎么通過互聯(lián)、互通、互動的機制，來實現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)的創(chuàng)新突破，揭示人工智能創(chuàng)新生態(tài)的微觀機理等方面的研究略顯不足。

鑒于此，考慮數(shù)據(jù)的可得性和統(tǒng)計口徑的一致性，本研究選取科技部公布的15 家國家級新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺承建企業(yè)為研究樣本（以下簡稱“典型企業(yè)”），從以下4 個方面展開論述：（1）明確人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)的內(nèi)涵和特征，梳理典型企業(yè)的技術(shù)布局；（2）借助網(wǎng)絡(luò)分析法，以典型企業(yè)為中心節(jié)點梳理創(chuàng)新主體之間的合作與互動關(guān)系，并繪制技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)圖；（3）使用生態(tài)學(xué)方法類比技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)與自然生態(tài)系統(tǒng)，厘清系統(tǒng)要素及結(jié)構(gòu)層次，抽象出人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)模型；（4）基于系統(tǒng)科學(xué)理論，結(jié)合熵值變化分析系統(tǒng)的自組織演化過程，為人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)健康有序地向更高級演化提供參考。

2 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)涵及特征

關(guān)鍵共性技術(shù)是“關(guān)鍵技術(shù)”和“共性技術(shù)”兩個獨立且相關(guān)的概念的集合，但是不是兩者簡單相加，而是兩者的交融與革新。Qiu 等［11］從特征出發(fā)，指出關(guān)鍵共性技術(shù)是具備動態(tài)性、互補性與累積性的技術(shù)知識，能廣泛促進技術(shù)進步與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。學(xué)界關(guān)于關(guān)鍵核心技術(shù)定義的探討尚不多見且未達成統(tǒng)一，具體到某一產(chǎn)業(yè)情景的內(nèi)涵界定更是罕見，因此，本研究結(jié)合國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)界定為：知識計算引擎與知識服務(wù)技術(shù)、跨媒體分析推理技術(shù)、群體智能關(guān)鍵技術(shù)、混合增強智能新架構(gòu)與新技術(shù)、自主無人系統(tǒng)的智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實智能建模技術(shù)、智能計算芯片與系統(tǒng)、自然語言處理技術(shù)等8 種技術(shù)（以下簡稱“八大關(guān)鍵共性技術(shù)”）的集合。

人工智能以上八大關(guān)鍵共性技術(shù)具有“一正一循環(huán)兩高一融合”特點，即正外部性、技術(shù)創(chuàng)新可循環(huán)、開源開放需求高、技術(shù)轉(zhuǎn)化附加值高、多學(xué)科多產(chǎn)業(yè)交叉融合。具體表現(xiàn)為：

（1）正外部性。傳統(tǒng)正外部性指一個經(jīng)濟體在自身活動中對他人的附帶福利［12］。人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)突破的正外部性與傳統(tǒng)正外部性存在細(xì)微差異，即人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)的突破與量子科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、5G 等技術(shù)相互賦能，例如，人工智能改變5G 網(wǎng)絡(luò)切片采用傳統(tǒng)手工方式，使得網(wǎng)絡(luò)切片智能化運維成為可能，而5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來的海量數(shù)據(jù)為人工智能技術(shù)進步提供支撐。

（2）技術(shù)創(chuàng)新可循環(huán)。技術(shù)創(chuàng)新經(jīng)歷技術(shù)研發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)化兩過程，一般性技術(shù)完成研發(fā)和轉(zhuǎn)化后即完成了整個技術(shù)創(chuàng)新的過程，此后，技術(shù)迭代、形成技術(shù)積累并刺激二次創(chuàng)新相對較為困難；但人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)在商業(yè)化落地后，能夠積累大量的用戶數(shù)據(jù)和用戶口碑，利用回籠的資金和用戶反饋、數(shù)據(jù)等進行下一階段的技術(shù)優(yōu)化迭代，完成技術(shù)研發(fā)—技術(shù)轉(zhuǎn)化—技術(shù)迭代—技術(shù)積累和再創(chuàng)新的良性循環(huán)。

（3）開源開放需求高。算法、算力和數(shù)據(jù)是人工智能技術(shù)創(chuàng)新中不可或缺的基礎(chǔ)，美國、英國都將缺少數(shù)據(jù)集視為人工智能技術(shù)進步的重要問題。若缺少數(shù)據(jù)訓(xùn)練集，模型難以訓(xùn)練成熟甚至改進；若缺少源代碼、端口和平臺，人工智能研發(fā)群體及小微企業(yè)由于缺乏技術(shù)資源和技術(shù)交流渠道，設(shè)計開發(fā)新算法、新產(chǎn)品受阻。而推動數(shù)據(jù)開放共享、搭建開放共享平臺，能夠打通“堵點”。

（4）技術(shù)轉(zhuǎn)化附加值高。人工智能技術(shù)可以轉(zhuǎn)化為有形的產(chǎn)品和無形的解決方案。例如，智能終端、智能穿戴設(shè)備和智慧城市解決方案。從價值鏈視角看，智能產(chǎn)品位于微笑曲線兩端，而且應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能化程度，提高其他產(chǎn)品的附加值。例如，利用圖像識別技術(shù)實現(xiàn)害蟲檢測，提高糧食總產(chǎn)量，從繁重的農(nóng)耕中解放人力資源。

（5）多學(xué)科多產(chǎn)業(yè)融合。人工智能基礎(chǔ)理論綜合了計算機科學(xué)、類腦科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科理論［13］，注重技術(shù)轉(zhuǎn)化、融合應(yīng)用與基礎(chǔ)研究。各項關(guān)鍵共性技術(shù)涉及的學(xué)科不盡相同，如自然語言處理理論的基礎(chǔ)以語言學(xué)為主，涉及數(shù)學(xué)、哲學(xué)、邏輯學(xué)等各領(lǐng)域，已應(yīng)用于智能對話機器人與機器翻譯等領(lǐng)域。

我國人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)的特征優(yōu)勢與發(fā)達國家對我國在科技上“軟硬封鎖”形勢交織，機遇與挑戰(zhàn)并存。為扭轉(zhuǎn)我國人工智能在某個單一技術(shù)子領(lǐng)域領(lǐng)先卻尚未實現(xiàn)“多點開花”的局面，我國必須圍繞人工智能八大關(guān)鍵共性技術(shù)筑牢穩(wěn)固技術(shù)創(chuàng)新體系，以單點突破帶動全面突破，打破發(fā)達國家的“鎖定效應(yīng)”。

2.2 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)要素剖析

厘清系統(tǒng)要素是科學(xué)地構(gòu)建人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)框架的前提。如表1 所示，研究發(fā)現(xiàn)，典型企業(yè)聚焦的技術(shù)領(lǐng)域側(cè)重不同，其中以百度、阿里云和深圳市騰訊計算機系統(tǒng)有限公司（以下簡稱“騰訊”）為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，憑借自身豐富的應(yīng)用場景、用戶和數(shù)據(jù)等優(yōu)勢搶先布局人工智能，在八大關(guān)鍵共性技術(shù)領(lǐng)域基本均有涉足；以華為技術(shù)有限公司（以下簡稱“華為”）為代表的軟硬件制造企業(yè)，依靠原有的技術(shù)積累重點在智能計算芯片與系統(tǒng)上發(fā)力；以科大訊飛、商湯科技等為代表的人工智能獨角獸企業(yè)，則采取逐個擊破的方式進行技術(shù)創(chuàng)新，注重在某一領(lǐng)域的深耕。由此可見，典型企業(yè)的技術(shù)布局不同，在技術(shù)創(chuàng)新模式上也存在差異。

表1 典型企業(yè)人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)布局

表1 （續(xù)）

在人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新過程中，創(chuàng)新主體不僅包企業(yè)。學(xué)界關(guān)于技術(shù)創(chuàng)新主體的研究豐富（見表2），本研究中創(chuàng)新主體被界定為企業(yè)、政府、高校和科研機構(gòu)。

表2 我國人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新主體主要分類

技術(shù)布局是各企業(yè)在有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的靜態(tài)呈現(xiàn)，不能反映多個創(chuàng)新主體的交互，而社會網(wǎng)絡(luò)能夠呈現(xiàn)關(guān)系矩陣和可視化圖譜，本研究參考劉剛等［19］的做法，根據(jù)典型企業(yè)與高校、科研機構(gòu)、政府之間的合作關(guān)系構(gòu)建人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，展示各創(chuàng)新主體間的合作現(xiàn)狀。如圖1 所示，其一，各企業(yè)均與國內(nèi)外高校存在合作，合作方式有3 種：建立聯(lián)合實驗室，共同攻克專項技術(shù)；高校開設(shè)基礎(chǔ)課程、企業(yè)提供實訓(xùn)基地，基礎(chǔ)人才與實用人才聯(lián)動；高校輸出科研成果、企業(yè)加速科研成果轉(zhuǎn)化，打造科研產(chǎn)出閉環(huán)。其二，以科大訊飛、商湯科技、華為與國家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院（以下簡稱“廣科院”）共同推進人工智能在廣電行業(yè)的應(yīng)用為代表，部分企業(yè)與科研機構(gòu)存在合作，合作方式有2 種：聯(lián)合推進項目落地；科研機構(gòu)為企業(yè)提供政策研究和行業(yè)研究服務(wù)。其三，政府不僅為技術(shù)創(chuàng)新提供政策保障與資金扶持，且在智能政務(wù)、智慧城市、安全大腦等技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)與企業(yè)展開深度合作。

圖1 典型企業(yè)人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（局部）

以上技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)客觀具體地呈現(xiàn)了創(chuàng)新主體間的合作方式和領(lǐng)域，但是不能有效解釋人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新過程中的演化過程。人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新具有可循環(huán)特性，而自然生態(tài)系統(tǒng)由生物群落和無機環(huán)境構(gòu)成［20］，通過物質(zhì)能量流動實現(xiàn)循環(huán)利用、可持續(xù)發(fā)展，兩者具備相似性，因此，本研究采用生態(tài)學(xué)視角類比價值研究方法［21］，厘清人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)要素。如圖2所示，創(chuàng)新主體包括生產(chǎn)者、消費者和分解者［22］，創(chuàng)新資源包含人才、政策、技術(shù)、數(shù)據(jù)等。其中：

圖2 自然系統(tǒng)與人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成對比

（1）生產(chǎn)者。人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生產(chǎn)者主要指進行研發(fā)、生產(chǎn)創(chuàng)新成果，為技術(shù)創(chuàng)新提供原始動力的創(chuàng)新主體種群。研發(fā)類企業(yè)、高等院校、科研院所及為技術(shù)創(chuàng)新提供資金和政策支持的政府部門均屬于創(chuàng)新生產(chǎn)者，但各個創(chuàng)新主體作用于技術(shù)創(chuàng)新的方式不同，企業(yè)注重應(yīng)用研究、高校側(cè)重基礎(chǔ)研究和專業(yè)人才培養(yǎng)、科研機構(gòu)兼顧基礎(chǔ)與行業(yè)研究。

（2）消費者。人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新消費者主要指算法、軟硬件和數(shù)據(jù)的消費與使用者。主要為企業(yè)和政府，為技術(shù)創(chuàng)新注入內(nèi)生動力。其中，深鉆到各個細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)將高校和科研院所的基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為可以切實落地應(yīng)用的共性技術(shù)，推動技術(shù)研發(fā)最終完成；政府則通過制定政策、提供環(huán)境和保障以及資金支持，引導(dǎo)企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新。

（3）分解者。人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新分解者主要指創(chuàng)新的推動者，其將基礎(chǔ)層與技術(shù)層的技術(shù)消化吸收轉(zhuǎn)化為應(yīng)用層的產(chǎn)品與解決方案。主要是企業(yè)與政府，政府利用人工智能技術(shù)來提升社會治理效率，企業(yè)開展智能化轉(zhuǎn)型。

2.3 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)框架

本研究認(rèn)為，人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)是以實現(xiàn)技術(shù)突破與再創(chuàng)新為目標(biāo)，由企業(yè)、高校、政府與科研機構(gòu)組成的生命子系統(tǒng)和由技術(shù)、經(jīng)濟、人才、政策環(huán)境構(gòu)成的環(huán)境子系統(tǒng)組成，通過數(shù)據(jù)、信息、資金、人才等流動形成的互利共生的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個不斷進化的復(fù)雜系統(tǒng)，具備動態(tài)性、復(fù)雜性和開放性的特點。通過以上厘清創(chuàng)新要素，抽象出人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)框架，如圖3 所示。其中，生命子系統(tǒng)內(nèi)部主體繁多，每個主體在不同階段扮演不同的角色，如科研機構(gòu)扮演單一的生產(chǎn)者，而政府既是生產(chǎn)者又是消費者與分解者；環(huán)境子系統(tǒng)包含政策環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、人才環(huán)境和經(jīng)濟環(huán)境。多元創(chuàng)新主體通過響應(yīng)外界環(huán)境變化，獲得信息交換、數(shù)據(jù)流動、人才流動、知識流動、資金流動，保證整個系統(tǒng)健康有序運行。

圖3 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)框架

在技術(shù)研發(fā)階段，創(chuàng)新主體在基礎(chǔ)層內(nèi)相互賦能。高校、科研機構(gòu)及基礎(chǔ)研究企業(yè)不斷輸出專業(yè)人才、深挖理論、訓(xùn)練算法；從事技術(shù)開發(fā)的企業(yè)則扮演消費者的角色，合理使用人才，將優(yōu)化的模型、算法納入新的技術(shù)模塊，嵌入具體應(yīng)用場景，完成技術(shù)研發(fā)；同樣作為生產(chǎn)者的政府通過出臺人工智能專項政策，營造濃郁的創(chuàng)新發(fā)展氛圍并保障基礎(chǔ)研究資源和資金投入。

在技術(shù)轉(zhuǎn)化階段，企業(yè)完成技術(shù)研發(fā)后將推進技術(shù)落地，形成智能產(chǎn)品或行業(yè)解決方案，以滿足不同消費者的需求。無人駕駛、自然語言處理等人工智能技術(shù)融入人們衣食住行各方面，形成智慧教育、智慧醫(yī)療、智慧零售、智慧交通等解決方案。其中，在個人用戶側(cè)，落地為智能家電、智能穿戴設(shè)備等終端產(chǎn)品；在政府機構(gòu)側(cè)，形成智慧城市、城市“大腦”、城市安全等解決方案。此時，技術(shù)創(chuàng)新生命周期已經(jīng)完成。產(chǎn)品進入市場后，政府、高校、企業(yè)等用戶為產(chǎn)品付費，實現(xiàn)大量資金扭轉(zhuǎn)；同時，海量數(shù)據(jù)和用戶反饋信息為技術(shù)創(chuàng)新循環(huán)提供了機會窗口，用戶反饋、數(shù)據(jù)、資金在系統(tǒng)中循環(huán)，給予技術(shù)層和基礎(chǔ)層的創(chuàng)新參與者反饋和支持，最終實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新—技術(shù)轉(zhuǎn)化—技術(shù)迭代—技術(shù)積累與再創(chuàng)新的良性循環(huán)。

3 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)演化機理分析

人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)具有動態(tài)性，因此把握創(chuàng)新主體子系統(tǒng)和創(chuàng)新環(huán)境子系統(tǒng)之間的互動有助于系統(tǒng)健康運行并不斷向更高一級演化。本研究運用耗散結(jié)構(gòu)理論，通過熵值變化詮釋人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)自組織演化的機制。

3.1 耗散結(jié)構(gòu)理論

1969 年普里戈金提出耗散結(jié)構(gòu)理論。其建立過程觀，指出一個開放的遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性的系統(tǒng)不斷地與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換，達到某個特定閾值后系統(tǒng)發(fā)生突變，由無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，形成的新的穩(wěn)定有序的結(jié)構(gòu)需要不斷地與外界進行交換才能維系，該結(jié)構(gòu)被稱為“耗散結(jié)構(gòu)”［23］。如式（1）所示，熵是無序程度的度量，總熵變由熵增（dis）和熵減（des）兩部分組成，熵增是由系統(tǒng)內(nèi)部混亂或外部環(huán)境中的不利因素引發(fā)，熵減來自外部環(huán)境與系統(tǒng)內(nèi)部進行的有利系統(tǒng)發(fā)展的交換。

當(dāng)系統(tǒng)封閉時，系統(tǒng)僅存在內(nèi)部的物質(zhì)和能量交換，即dis ＞0、des =0、ds ＞0，此時系統(tǒng)的無序程度增加，不能發(fā)生自組織演化，相反會發(fā)生有組織的退化；當(dāng)系統(tǒng)開放時，若外界有利環(huán)境與系統(tǒng)進行交換產(chǎn)生的負(fù)熵不能完全抵消內(nèi)部和外界有利因素產(chǎn)生正熵，即dis ＞0、des ＜0、ds ≥0，系統(tǒng)的無序程度加重，無法發(fā)生自組織演化；當(dāng)系統(tǒng)開放時，若系統(tǒng)從外界環(huán)境中得到的負(fù)熵足以克服正熵，即dis ＞0、des ＜0、ds ＜0，系統(tǒng)進入相對有序的狀態(tài)。

耗散結(jié)構(gòu)的形成和維持需要滿足4 個條件：一是活的有序結(jié)構(gòu)，強調(diào)不斷運動并與外界進行物質(zhì)交換獲取能量；二是遠(yuǎn)離平衡態(tài)，此狀態(tài)下系統(tǒng)處于不斷變化和交互中，較容易實現(xiàn)快速發(fā)展；三是自組織的非線性作用，系統(tǒng)內(nèi)各要素隨著時間、環(huán)境的不同呈現(xiàn)出不同的作用方式、產(chǎn)生不同的效應(yīng)；四是系統(tǒng)面臨漲落，系統(tǒng)中存在的微漲落累計形成巨漲落，由量變引起質(zhì)變［24］。

3.2 適用性分析

人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)滿足開放性、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、非線性和漲落四大特點，這也是運用耗散理論分析系統(tǒng)演化機制必須滿足的條件。

（1）人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)是一個極其開放的系統(tǒng)，這在系統(tǒng)中基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)化等多方面均有體現(xiàn)。基礎(chǔ)研究包括軟硬件開發(fā)、數(shù)據(jù)服務(wù)、算法改進和創(chuàng)新等，對源代碼共享、數(shù)據(jù)開源、平臺開放等提出較高要求；創(chuàng)新主體間開放合作，進行學(xué)術(shù)論文和專利合作、舉辦開發(fā)者賽事、學(xué)術(shù)沙龍等活動，加速知識和信息流動；創(chuàng)新環(huán)境處于不斷變化中，在開放的系統(tǒng)中創(chuàng)新主體才能不斷響應(yīng)環(huán)境變化。

（2）人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)。人工智能技術(shù)創(chuàng)新涉及多個環(huán)節(jié)、多種主體，創(chuàng)新主體的規(guī)模、經(jīng)營理念、戰(zhàn)略、資源分配等存在差別，面臨的外部環(huán)境亦復(fù)雜多變。例如，計算機視覺“四小龍”中的3 家企業(yè)先后被確立為國家級平臺建設(shè)單位，發(fā)展速度不一，4 家企業(yè)的商業(yè)模式等也存在差異，系統(tǒng)處于非同步發(fā)展的非平衡狀態(tài)。

（3）人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中各要素間存在非線性作用。非線性作用不是簡單的數(shù)量相加，而是隨時間、地點、環(huán)境的不同呈現(xiàn)出不同的作用方式和效果。系統(tǒng)中存在諸多非線性作用，如突發(fā)新冠疫情對人工智能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生一定影響，但這種影響不是線性疊加，而是通過疫情迫使人們改變生活和消費方式，倒逼企業(yè)快速響應(yīng)、積極創(chuàng)新，促進資源、信息、數(shù)據(jù)在企業(yè)、政府、科研機構(gòu)等創(chuàng)新主體之間快速流通，最終助推人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

（4）人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)面臨漲落。系統(tǒng)處于不斷運動和發(fā)展中，漲落也一直存在，包括微漲落和巨漲落。創(chuàng)新主體間知識流動、外部政治、經(jīng)濟、人才環(huán)境變化等都會引起漲落，不同漲落對于系統(tǒng)的沖擊力不盡相同，只有系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生巨大變化，如某個環(huán)節(jié)實現(xiàn)原發(fā)性突破等才能推動系統(tǒng)形成巨漲落，進而實現(xiàn)自組織演化。

3.3 演化機制分析

人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)各創(chuàng)新要素不斷交互、相互激發(fā)，包括生命子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)內(nèi)部及兩個子系統(tǒng)之間的互動，互動過程熵值產(chǎn)生變化，當(dāng)子系統(tǒng)內(nèi)部的矛盾與外部的不良刺激會使系統(tǒng)更加混亂無序，產(chǎn)生正熵流；只有系統(tǒng)內(nèi)外部產(chǎn)生有利作用，系統(tǒng)交換得到的才是負(fù)熵流。正負(fù)熵流大小不同，總熵值的不確定性表征著系統(tǒng)的發(fā)展和演化存在著眾多可能，即系統(tǒng)中存在著分岔點，當(dāng)漲落突破臨界值時，系統(tǒng)向著新的、穩(wěn)定有序的方向演化，如此循環(huán)往復(fù)，如圖4 所示。系統(tǒng)演化發(fā)展的主要階段如下：

圖4 人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)自組織演化機制

自1956 年誕生以來，人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了三起兩落，皆歸根于技術(shù)的演變。從生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的視角分析，人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了自組織演化和有組織退化，即初步發(fā)展時的穩(wěn)定狀態(tài)—持續(xù)低迷時的穩(wěn)定狀態(tài)—二次發(fā)展時的穩(wěn)定狀態(tài)—二次低迷的穩(wěn)定狀態(tài)—蓬勃發(fā)展的穩(wěn)定狀態(tài)。在系統(tǒng)的自組織演化過程中，創(chuàng)新主體的研發(fā)人員和經(jīng)費投入、政治環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、人才環(huán)境、技術(shù)環(huán)境等因素均為驅(qū)動系統(tǒng)演化的動力源，而在不同的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)演化的動力源也會產(chǎn)生變化。

1980 年，人工智能遭遇第一個寒冬。科學(xué)家合作首創(chuàng)“人工智能”概念，設(shè)計出專家系統(tǒng)，這類積極因素產(chǎn)生負(fù)熵流；但專家系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域較窄且人才供給遠(yuǎn)小于需求，專屬科研機構(gòu)不多，絕大多數(shù)企業(yè)呈觀望態(tài)度、參與創(chuàng)新意愿不強，這些消極影響產(chǎn)生極大正熵流。此時，系統(tǒng)總熵變ds ＞0，系統(tǒng)從舊的穩(wěn)定狀態(tài)退化到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

1990 年，人工智能進入快速發(fā)展期。科學(xué)家們對人工智能持樂觀態(tài)度，以“數(shù)據(jù)+統(tǒng)計模型”為導(dǎo)向開展研究，同時政府積極投資，這類影響因素產(chǎn)生負(fù)熵流；此外，人工智能開始邁向工業(yè)化，進而產(chǎn)生了部分?jǐn)?shù)據(jù)、技術(shù)得以優(yōu)化。此時，系統(tǒng)外部環(huán)境良好，各創(chuàng)新主體間積極合作，系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)熵流明顯超過正熵流，系統(tǒng)總熵變ds ＜0，促使系統(tǒng)向著更加有序的新的穩(wěn)定狀態(tài)演化，實際表現(xiàn)為人工智能創(chuàng)新與應(yīng)用熱度高漲。

2000 年，人工智能再遇寒冬。技術(shù)突破遭遇瓶頸，數(shù)學(xué)家評估認(rèn)為彼時人工智能應(yīng)用范圍受限。因此，社會各界對人工智能給予的資金、政策、人才支持驟減。加之，機器學(xué)習(xí)能力弱，解決程序問題的思路受阻，基礎(chǔ)研究呈現(xiàn)“黑箱”現(xiàn)象，種種影響產(chǎn)生了超出負(fù)熵流的正熵流，系統(tǒng)總熵變ds ＞0。沖破系統(tǒng)臨界值，退化為新的穩(wěn)定狀態(tài)，實際表現(xiàn)為人工智能探索者漸少，發(fā)展逐漸落寞。

2016 年，人工智能再次繁榮。人工智能發(fā)展的基礎(chǔ)硬件環(huán)境得到極大改善，芯片的集成度越來越高，計算力呈指數(shù)級增長，機器能夠使用深度模型學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，同時，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用積累了海量數(shù)據(jù)，深度結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計算研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，使機器逐漸具備自主學(xué)習(xí)能力；此外，高校也開始開設(shè)人工智能專業(yè)，各類人工智能研究機構(gòu)橫空出世，專項政策頻發(fā)。這些影響因素產(chǎn)生了巨大的負(fù)熵流，足以克服人才供給不足、資金缺乏等正熵流，總熵變ds ＜0，系統(tǒng)產(chǎn)生了突破臨界值的超強漲落，改變了系統(tǒng)內(nèi)競合關(guān)系，產(chǎn)生序參量，最終演化為更高一級的新穩(wěn)定狀態(tài)，實際表現(xiàn)為人工智能技術(shù)欣欣向榮。

4 結(jié)論與建議

本研究遵循理論假設(shè)—實踐驗證—類比推理—抽象概括的邏輯搭建了人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)框架，為不同產(chǎn)業(yè)情境下創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建提供了思路，為人工智能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提供經(jīng)驗借鑒。研究發(fā)現(xiàn)：（1）我國人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)具備正外部性、技術(shù)創(chuàng)新可循環(huán)、開放需求高、技術(shù)轉(zhuǎn)化附加值高、多學(xué)科多產(chǎn)業(yè)交叉融合的特征。（2）15 家人工智能典型企業(yè)涉獵的技術(shù)范疇不同，技術(shù)創(chuàng)新模式也存在差異，其中由其他領(lǐng)域進入人工智能賽道的企業(yè)多依靠自身的數(shù)據(jù)、資金等優(yōu)勢進行共性技術(shù)研究，并應(yīng)用到企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)中，而人工智能初創(chuàng)企業(yè)則主要依靠投融資、人才引進等方式在某一縱向領(lǐng)域深耕。（3）現(xiàn)階段，我國人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)形成，主要包括企業(yè)、政府、高校、科研機構(gòu)4 種創(chuàng)新主體，通過數(shù)據(jù)、人才、資金、知識流動等引起系統(tǒng)的熵值變化，并不斷突破臨界值向更高級系統(tǒng)演化。

根據(jù)以上研究結(jié)論，為促進人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新能力提升，強化科技戰(zhàn)略支撐，從創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)視角提出以下建議：

（1）豐富創(chuàng)新主體種類，完善創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高其韌性和抗風(fēng)險能力。多元創(chuàng)新主體參與是構(gòu)建有效的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵，中介和服務(wù)機構(gòu)能夠在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮催化和連接作用，因此在系統(tǒng)構(gòu)建中，建議積極匯集風(fēng)險投資、天使投資等投資與金融機構(gòu)，鼓勵知識產(chǎn)權(quán)保護、信用評估、證券等中介服務(wù)機構(gòu)積極參與人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新活動，同時吸納創(chuàng)客、行業(yè)協(xié)會等創(chuàng)新主體進入，豐富生命子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部的互動方式，如競爭合作、互利共生等，拓展合作的深度和廣度，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源共享，有效促進多元創(chuàng)新主體的協(xié)作。

（2）促進創(chuàng)新資源的開放共享，保持人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的開放性。人工智能技術(shù)創(chuàng)新對開源開放的要求極高，但現(xiàn)階段仍然存在數(shù)據(jù)不能共享、算法交流渠道堵塞等壁壘，重大基礎(chǔ)裝備重復(fù)購置與閑置浪費并存，阻礙了創(chuàng)新要素流動，因此在系統(tǒng)構(gòu)建中，建議積極推進數(shù)據(jù)開放透明，以及公共服務(wù)、軟硬件、計算框架等共享，加速要素流通，打破傳統(tǒng)的科技創(chuàng)新方式，發(fā)揮政府引領(lǐng)和示范作用，搭建資源共享平臺和生態(tài)運營平臺，促進科技開放合作，并鼓勵創(chuàng)新主體整合與利用內(nèi)外部創(chuàng)新資源進行開放式創(chuàng)新和協(xié)同創(chuàng)新。

（3）培養(yǎng)創(chuàng)新主體洞悉系統(tǒng)微小漲落的動態(tài)能力，精準(zhǔn)放大與利用漲落，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)造條件。對人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)而言，諸多因素能夠引起系統(tǒng)出現(xiàn)漲落，因此在系統(tǒng)構(gòu)建中，建議各創(chuàng)新主體充分關(guān)注系統(tǒng)的漲落，以便及時響應(yīng)和利用微漲落，進而帶動整個生態(tài)系統(tǒng)形成巨大漲落，為系統(tǒng)演化提供機會。其中，高校側(cè)重跟進理論研究進展、人才培養(yǎng)模式變化等；企業(yè)重點了解技術(shù)轉(zhuǎn)化動態(tài)、市場動向、新型商業(yè)模式等；科研機構(gòu)注意跟進觀察技術(shù)研發(fā)進展；政府則需要把握國內(nèi)外技術(shù)競爭格局、科技研發(fā)和應(yīng)用落地總體情況等變化。

（4）完善人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)治理方式，堅持科技創(chuàng)新管理與科技創(chuàng)新治理 “雙輪驅(qū)動”。建議在環(huán)境子系統(tǒng)治理方面，加大研發(fā)投入與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，改善投融資環(huán)境，完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，“破四唯”落地“新四條”，鼓勵“從0 到1”的原發(fā)性創(chuàng)新，充分實施功能型創(chuàng)新政策；在創(chuàng)新主體子系統(tǒng)治理方面，建立責(zé)任共擔(dān)與價值共創(chuàng)機制，避免“搭便車”現(xiàn)象和機會主義行為，完善談判機制，解決因利益分配等問題產(chǎn)生的分歧，并圍繞助力關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的新型舉國體制持續(xù)發(fā)掘政策靶點，加快推進長效治理體系建設(shè)。

本研究也存在以下不足：在結(jié)構(gòu)上，尚未將專業(yè)中介機構(gòu)和服務(wù)機構(gòu)等創(chuàng)新主體納入系統(tǒng)，基礎(chǔ)研究和原發(fā)創(chuàng)新主體少；在系統(tǒng)交互上，多注重企業(yè)與高校合作促進成果轉(zhuǎn)化，缺少對校企聯(lián)合培養(yǎng)人才、合作承擔(dān)研究課題等互動方式的分析。