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丘成桐谈AI与数学:这是最令人兴奋、也是最危险的时代


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图源:丘成桐科学数学中心 导读: 10月11日,“丘成桐数学与人工智能实验室联盟”在北京宣布成立。

联盟牵头人、菲尔兹奖得主、清华大学讲席教授丘成桐表示,我们正处在一个“最令人兴奋、也最危险”的时代。

兴奋,是因为AI开始参与解决一些几十年无人啃动的数学问题;

危险,是因为当机器能批量给出证明,人类数学家“理解数学”这件事本身,正在被重新定义。

在随后主题为“AI与数学”的圆桌论坛上,几位数学家谈到了AI带来的机遇与隐忧。

AI能否提出新问题、创造新理论,以及数学家如何在使用AI的同时保持自己的直觉,成为现场讨论的焦点。

SAIXIANSHENG AI强在“解题”,弱于“立论”?

近期,AI辅助数学研究的进展引发广泛关注。

10月6日,OpenAI在Github平台上公开了一个722篇数学研究论文的手稿库,声称其中包含了若干备受关注的数学问题的解答,包括准黎曼猜想、希尔伯特第十六问题、Mahler猜想、Kaplansky相关猜想等。

这些成果究竟能在多大程度上经受数学界的检验,仍需具体考察。

但AI参与复杂数学研究的能力正在拓展,已经成为现场讨论的共同背景。

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美国艺术与科学院院士尼古拉·莱舍提金(Nicolai Reshetikhin)认为,近期的一些研究进展表明,AI正在展现出处理复杂分析问题的能力,其应用范围也在不断拓展。

此前,一些学者评估AI更擅长组合、统计类离散问题,很难驾驭复杂的分析推导。

他还提到,纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程相关研究也在AI辅助下取得重要进展。

美国艺术与科学院院士、美国数学数学会会士、求真讲席教授尼古拉·莱舍提金(Nicolai Reshetikhin)图源:丘成桐科学数学中心 不过,能否解出问题,与能否提出问题、建立新的理论,并不是一回事。

几位数学家不约而同地表示,“提问题”和“建理论”仍是衡量数学创造力的重要维度,也是当前人类特有的能力。

中国数学会理事长席南华院士举例道:19世纪的数学家在尚未建立现代实数理论的情况下,发展出一套严密的实数分析理论。

如果是AI,能否从算术经验中独立完成类似的概念创造?

如果给定方程,AI能否像法国数学家、群论创立者伽罗瓦那样,不只是寻找具体解法,而是引入新的数学概念和方法,从群的结构出发研究方程的可解性?

席南华认为,当前AI大量产出定理和证明,但很少从具体问题反推出新概念体系。

中国科学院院士、中国数学会理事长席南华 图源:丘成桐科学数学中心 香港中文大学(深圳)副校长罗智泉则从应用数学研究的角度解释了这种区别。

他指出,应用数学一半的成败,取决于问题的“建模”——从工程、产业现实中提炼核心矛盾,翻译成严格数学语言,然后选定求解框架,完成校验闭环。

在他看来,目前AI的工作以这套流程的后半段为主,而把现实世界现象翻译为严谨的数学命题,机器还远远做不到。

SAIXIANSHENG AI会削弱数学家的直觉吗?

数学家的直觉与洞见并非凭空产生。

提出漂亮猜想,往往需要大量演算,在繁复推演中触摸数学对象内在模式,慢慢积累感觉。

如果AI包办全部计算,研究者不再亲手演算,数学直觉从何而来?

完全依赖机器输出结果,会不会让数学家丢掉理解问题的钥匙?

丘成桐以流体力学领域的历史为例,提醒新工具带来的另一面。

数十年前,流体力学研究者还坚持渐近分析训练。

当计算机普及之后,研究者只需要运行程序拿到数值结果,不再钻研经典解析工具。

丘成桐认为,这种变化使得相关的分析能力整体出现退化,“整个领域蒙受损失”。

他提醒,AI可以生成海量算例和数据,例如遍历数万亿的素数、生成大量代数几何、量子场论算例,但研究者不能拿到答案就止步,而应主动审视AI产出的数据、图像、计算结果,从这些材料当中提炼模式,培育自己的直觉。

清华大学讲席教授、求真书院院长、丘成桐数学与人工智能实验室联盟主席丘成桐图源:丘成桐科学数学中心 莱舍提金则提到工具带来的另外的变化。

过去,做数值实验需要研究者具备不错的编程功底。

现在,即便编程能力有限,研究者只需要向AI描述实验目标,就可以生成、运行程序,开展大规模数学实验,降低实验数学的门槛。

代价是长除法、渐近展开等手工技能会消失,但莱舍提金认为,这不代表科学在倒退——一部分旧技能退场,会有更强大的新工具做补偿。

席南华还看到了数字化为数学直觉带来的新来源。

例如,今天大量艺术图像数字化后转换为大规模矩阵。

由此衍生出新的数学问题:构成一幅优美图像的矩阵具备何种核心特征?

我们能否用数学刻画美感?

这类跨领域问题,在过去很难想象,而新的时代,数学的洞见,也可以从艺术、工程、物理交叉地带生长出来。

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