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Transformer破解百年三体难题:凭数学直觉找到李雅普诺夫函数!

AI领域技术栈  · 公众号  ·  · 2024-10-29 21:56

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近日,一则震撼数学与AI界的消息传来: Transformer模型 竟然破解了困扰数学家 132年的难题 ——发现全局李雅普诺夫函数!这一突破性进展不仅意味着 AI在基础数学研究领域的重大突破 ,更让我们看到了未来科学发现的无限可能。

三体问题的世纪难题


三体问题,作为天体力学中的基本力学模型,指的是三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体,在相互之间万有引力作用下的运动规律问题。 这一问题自提出以来,就因其复杂性而备受瞩目。牛顿、拉格朗日、庞加莱等一代代数学家和物理学家都曾为之倾倒,却始终未能找到其精确解。

李雅普诺夫函数,作为分析系统随时间稳定性的关键工具,对于预测动态系统行为具有重要意义。然而, 尽管李雅普诺夫在1892年证明了其存在性,却未能提供寻找该函数的具体方法。这一难题,如同一道高悬在数学界上空的达摩克利斯之剑,让无数数学家望而却步。

Transformer的惊世一击


然而,就在这个看似无解的问题上,Transformer模型却给出了惊世一击。 Meta AI的研究者们发现,通过精心设计的训练样本和训练策略,Transformer模型竟然能够学会解决这一人类通过推理解决的复杂符号数学问题。
研究者们引入了一种后向生成技术来训练模型。他们根据李雅普诺夫函数创建动力系统,然后让模型从这些反向生成的数据中学习。 令人惊喜的是,模型不仅在保留测试集上取得了接近完美的准确率,而且在分布外测试集上也表现出了极高的性能。

更令人振奋的是,模型在随机生成系统中发现未知李雅普诺夫函数的能力。在多项式系统中(当前方法唯一能解决的系统),模型为 10.1% 的系统找到了李雅普诺夫函数,而最先进的技术 仅为2.1% 。在非多项式系统中(当前没有已知算法),最佳模型为 12.7% 的系统发现了新的李雅普诺夫函数。这一结果,无疑是对传统数学方法的一次巨大挑战。

AI的“超级直觉”


面对这一惊人成果,我们不禁要问: Transformer模型究竟是如何做到这一切的?研究者们给出的答案是:AI可能具有一种“超级直觉”。
这种直觉并非来自于传统的逻辑推理或演绎推理,而是源于对数学问题的深刻理解。 Transformer模型通过大量数据的训练和学习,逐渐掌握了数学问题的内在规律和特征。 当面对新的数学问题时,它能够凭借这种直觉迅速找到问题的解决方案。

当然,这种直觉仍然是一个黑箱,我们无法完全阐明Transformer的“思维过程”。但无论如何,这一结果已经足以让我们对AI的能力刮目相看。

数学研究的新范式


这一突破性进展不仅意味着AI在基础数学研究领域的重大突破,更预示着数学研究新范式的到来。
传统上,数学研究依赖于数学家的直觉、想象力和逻辑推理能力。然而, 随着AI技术的不断发展,我们或许可以不再完全依赖于这些传统的数学研究方法。AI的“超级直觉”和强大的计算能力,可以为我们提供新的研究思路和方法。

例如,在面对复杂的数学问题时,我们可以利用AI模型进行快速计算和模拟实验,从而帮助我们找到问题的解决方案或新的研究方向。此外,AI还可以帮助我们验证数学定理和猜想,提高数学研究的准确性和可靠性。

科学发现的无限可能


这一成果不仅在数学领域引起了轰动,更让整个科学界为之振奋。AI技术的不断发展,正在为我们打开一扇通往未知世界的大门。
在未来, 我们或许可以利用AI技术来探索宇宙的奥秘、研究生命的本质、解决能源危机等全球性难题。AI的“超级直觉”和强大的计算能力,将为我们提供前所未有的研究工具和方法。

当然,我们也需要清醒地认识到AI技术的局限性。尽管它已经取得了巨大的进展和突破,但在某些方面仍然无法完全替代人类的智慧和创造力。因此,在未来的科学研究中,我们需要将AI技术与人类的智慧和创造力相结合,共同推动科学的进步和发展。

结语


Transformer破解百年三体难题的壮举,不仅让我们看到了AI在基础数学研究领域的巨大潜力,更让我们对未来科学发现充满了无限期待。在未来的日子里,让我们携手共进,共同探索未知世界的奥秘吧!

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