2022
05-01

牛宝体育:鄂维南院士提出运用数学“新的曙光” : AI for Science 将人为智能与根底科学深度调解

发布日期:21:34:52 来源:牛宝体育登录官网 作者:牛宝体育平台

  中国科学院院士、北京科学智能讨论院院长、北京大学国际呆板进修讨论中央教导鄂维南与其学生韩劼群、张林峰等人,正在呆板进修与科学打算纠合的多个题目上率先看到编造性的机遇,为一系列底子科常识题供给了基于 AI 的推翻性处理计划。

  鄂维南是操纵数学、打算科学规模的集大成者。他讨论规模甚广,从电子组织、分子动力学、化学响应,到流体力学、固体力学等;其正在 2011 年的著述《多标准筑模道理》(Principles of Multi-scale Modeling)是多标准技巧规模的巨头著述。

  鄂维南本科结业于中国科学工夫大学数学系,于 1989 年正在加州大学洛杉矶分校获取博士学位,从 1999 年最先掌握普林斯顿大学数学系教导。同时,鄂维南也于 2015 年最先掌握北京大学大数据讨论院院长。

  目前,鄂维南的紧要讨论倾向为呆板进修的数学表面和正在科学打算、物理筑模等方面的操纵。

  鄂维南正在对自身讨论的总结中写到: 我的事情从分此表科学分支中吸取灵感,并对流体力学、化学、原料科学和软凝固态物理学的合连讨论发生影响。 他试图通过数学使科常识题了然化,并对少少永恒存正在的科常识题做出了功劳,如湍流题目;别的,他还戮力于创立阐述多标准题目标数学框架,同时拓荒和阐述通用算法。比如,他与合营家拓荒的 PEXSI 算法,大大加快了密度泛函表面(DFT, density function theory)的打算求解。

  2021 年 4 月,美国数学会会刊 Notices of the American Mathematical Society 揭橥了鄂维南的意见性著作,题为《操纵数学新时间的曙光》(The Dawning of a New Era in Applied Mathematics),获取规模内普及眷注。他正在文中指出,咱们正处正在继牛顿和冯 · 诺依曼之后,操纵数学进展的第三个飞腾的前夜,呆板进修将为高维题目标讨论带来全新的机遇。而操纵数学将成为交叉科学的底子,并站到工夫改进的最前沿。

  我真正感风趣的是算法,心愿通过打算的技巧处理少少科学和工程中的现实题目,比如物理、力学、化学、原料等规模的题目。 鄂维南说,老一辈的学者进展了一系列的算法,处理了良多土木匠程和板滞工程等规模的题目,现正在须要去处理更清贫的题目。

  鄂维南正在 20 世纪 90 年代末就最先胀吹行使多标准模子来处理化学、原料、湍流、庞大流体、以及化学工程等规模的困困难目。厥后,他呈现缺乏一个从低层到高层的数据阐述用具,而呆板进校正好供给了如许的用具。他说,呆板进修切实是一个处理高维题目标有用用具。

  鄂维南举了几个例子来疏解 维数灾难 这一题目,而处理这一题目非呆板进修弗成。打算化学的清贫正在于所谓的高维度,比如,打算化学中最基础的一个物理模子,薛定谔方程,是典范的高维微分方程。它的维数,即自正在度的数目基础是电子个数的三倍。一个包括 100 个电子的物理体例,该当说瑕瑜常相当幼的一个物理体例,然而它对应的是三百维空间的微分方程。所以,即使是很容易的物理体例,背后都瑕瑜常高维的薛定谔方程。由此而来的即是 维数灾难 的清贫,即打算量跟着维数的扩张呈指数延长,经典的打算技巧仍然无法合适如许的题目。

  然而,呆板进修可能惩罚打算机视觉题目,比如图像识别。图像空间的维数瑕瑜常大的,每一个像素都是一个自正在度,比如说 32 × 32 像素的图像,其自正在度仍然抵达了惊人的 1024,而彩色图像的自正在度还须要增加 3 倍。因此图像识别惩罚的瑕瑜常高维的函数。以前经典的技巧无法惩罚这种函数,然而呆板进修可能获得很好的结果。

  因此,从数学的意思上来说,深度进修供给了一个迫近高维函数的用具。由此发生的影响是强壮的,由于咱们正在良多场景下都邑遭遇高维函数。 鄂维南总结道。

  鄂维南正在基于呆板进修的分子动力学讨论中做了洪量事情。他提到,分子动力学正在很长一段时光内都只是一个数学用具或 玩具 ,最初真正感风趣的是统计物理学家。直到量子力学被引入到分子动力学,才略保障打算精度而且获得化学和原料科学家的器重。基于呆板进修的分子动力学也是屈从同样的道理。

  区别正在于,看待经典的第一性道理分子动力学,每一步都须要移用第一性道理的模子举行打算,这瑕瑜常高贵的。然而,基于呆板进修的分子动力学模子并不须要如许,通过发生一个仿佛经典力场的模子,此后只需移用呆板进修的模子就可能直接举行打算。鄂维南说,由此发生的影响是两方面的,一方面咱们现正在可能打算更大的体例,同时打算量也大大地裁汰;另一方面,看待经典第一性道理精度的分子动力学技巧难以惩罚的场。