天南海北新年味｜刷新“親吻數(shù)”紀錄的“新年禮物” 揭秘PackingStar背后的科學浪漫

新華財經(jīng)上海2月15日電（記者杜康）近日，上?？茖W智能研究院聯(lián)合北京大學、復旦大學研究團隊正式宣布，團隊設計的多智能體強化學習系統(tǒng)PackingStar，在多個維度刷新了困擾數(shù)學界數(shù)百年的“親吻數(shù)”紀錄，助力實現(xiàn)了數(shù)學結構領域的系統(tǒng)性突破。

對于這個核心成員平均年齡只有25歲左右的團隊來說，這不僅是一項“硬核”的突破，更是一份獻給科學界的“新年禮物”。當千家萬戶在爆竹聲中祈愿新歲時，PackingStar已化身為一艘“宇宙飛船”，帶人類抵達了那些遙不可及的“數(shù)學星系”。

與AI“較勁” 把人類直覺注入算法“血液”

“菲爾茲獎得主Thurston曾留下過一句話，‘數(shù)學不是關于數(shù)字或算法的，它是關于理解的藝術’。在PackingStar的研究中，我們對這句話有了切身的體會。”上?？茖W智能研究院（下稱“上智院”）AI科學家陶兆巍說道。

1694年，牛頓和格雷戈里在劍橋提出一個問題：在一顆中心球周圍，最多能緊貼放置多少顆相同的球？這就是三維空間的“親吻數(shù)問題”。后來，數(shù)學家對于“親吻數(shù)”的研究拓展到31維乃至更高維度。

“如果把數(shù)學看作一個由邏輯法則構成的、近乎無窮的虛空，那么那些真正有意義的數(shù)學結構，就像是散落在深空中的零散星系。以往，我們只能靠紙筆和有限的想象力去遠眺；而 PackingStar 就像是我們的‘哈勃望遠鏡與宇宙飛船’，它不僅讓我們看清了那些遙遠結構的輪廓，更帶我們真正抵達了那里?！碧照孜≌f。

對于“親吻數(shù)問題”這樣的高維組合優(yōu)化問題，本質上與新材料設計、藥物發(fā)現(xiàn)等重大挑戰(zhàn)同屬一類，都要在指數(shù)級增長的搜索空間中尋找最優(yōu)解。長期以來，人類數(shù)學家往往依靠對稱性來搜索高維結構。但PackingStar找到的解則往往處于一種奇異的狀態(tài)——擁有明確的幾何規(guī)則，卻又破壞了全局對稱性。起初，這些結構對于人類如同亂碼，但通過深入分析，團隊發(fā)現(xiàn)它們在幾何上不僅是可解釋的，甚至蘊含著新的數(shù)學構造邏輯。

“PackingStar真正的意義，不在于它找到了一組漂亮的數(shù)據(jù)，而在于它開啟了一種‘人機’互促進化的科研范式。人類提供數(shù)學直覺和對問題的洞察，然后是AI構造結構和搜索證明，再讓人類理解結果，抽象出理論，并進一步改進自身的直覺和AI的系統(tǒng)?！碧照孜≌f。

在這個過程中，數(shù)學家的角色發(fā)生了根本性的轉變：從繁瑣的計算乃至構造證明的嘗試中解放出來，轉變?yōu)椤皵?shù)學觀察者”和“直覺設計者”。

陶兆巍表示，在這個過程中，自己最迷戀的部分其實是那種“智力的拉鋸戰(zhàn)”。“我會和AI較勁。就像是同步出發(fā)去搜索寶藏，如果我在某一步比AI表現(xiàn)得更好，我會嘗試把這種人類獨有的直覺轉換成算法，再次注入AI的‘血液’。這種‘互相反哺’的過程，讓AI越來越聰明，也讓我的數(shù)學直覺被不斷重塑?！?/p>

從規(guī)律發(fā)現(xiàn)到“無中生有”的科學智能進化

? ? ? 為什么要推進這項關于“親吻數(shù)”的數(shù)學研究？上智院在成立之初就希望用人工智能發(fā)現(xiàn)未知規(guī)律。數(shù)學正是這樣一類問題的集中體現(xiàn)。

? ? ? 要理解 PackingStar 的意義，可以對比曾在生物學界引起轟動的AlphaFold（蛋白質結構預測模型）。AlphaFold 可看作“科學智能1.0”的代表，依賴的是海量已知數(shù)據(jù)。而數(shù)學問題幾乎沒有現(xiàn)成訓練數(shù)據(jù)，需要通過人工智能進行搜索、生成與合成數(shù)據(jù)，要在“無中生有”的過程中逼近未知結構。這要求人工智能專家與數(shù)學家深度協(xié)作，任何一方單獨都無法完成突破。

? ? ? 這次在數(shù)學領域的嘗試，是一次冒險。對PackingStar團隊來說，更深層的壓力來自行業(yè)里一些數(shù)學家的斷言——人工智能在短期內不太可能真正解決有意義的數(shù)學問題。如果這個判斷是真的，研究團隊的努力或許在一年或兩年之后證明是個失敗。

? ? ? “所有的東西都要加上一個時間的期限。我們有可能五年之后能夠做出來，但可能我們給的時間只有三年或者只有一年。所以我們要直面的一個問題是，如何用人工智能來加速這個過程。”上智院科研副院長、復旦大學人工智能創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)研究院副院長程遠說。

? ? ? 答案是“工程優(yōu)化和創(chuàng)新”。程遠介紹，過去更多是靠人的靈感來發(fā)現(xiàn)新的東西、新的結構、新的科學規(guī)律。人工智能，是一個工程性的平臺?！拔覀兿Ｍ眠@種強大的工程性的平臺來加速數(shù)學的發(fā)現(xiàn)，用工程化的穩(wěn)定性，來對沖科學發(fā)現(xiàn)的不確定性?！?/p>

? ? ? 科學家提供問題理解與判斷邊界，AI專家設計搜索與學習機制，工程團隊支撐規(guī)模化計算與系統(tǒng)實現(xiàn)，三者緊密協(xié)同，構成“AI—科學—工程”的三位一體。在PackingStar的研發(fā)過程中，上海科學智能研究院形成的這種協(xié)作，標志著科學智能正式進入2.0階段。

站在科技與人文的十字路口

頂尖的科學突破往往不只取決于聰明與否，更取決于一種單純的專注和跨界的碰撞。

這讓人聯(lián)想到科學史上著名的劍橋大學“老鷹（Eagle）酒吧”——當年，背景迥異的年輕人沃森和克里克就是在那里通過不斷的跨界聊天，最終推開了DNA雙螺旋結構的大門。

如今，在上海徐匯西岸，類似的浪漫正在上演。PackingStar團隊里沒有學科的界限：有研究物理出身、跨界強化學習的馬成棟；有在人工智能與數(shù)學之間自由切換，始終保持對生活與審美敏感的陶兆??；有熱愛戶外、極度自律的李鵬宇……這群年輕人散步在公共藝術裝置之間，突然聯(lián)想到 12 維空間的數(shù)學最優(yōu)解，科學、技術與藝術在同一座城市自然交匯。

“PackingStar”這個名字里，藏著兩層深意：第一層是研究本身，在高維空間填充球體，每個球在科學家眼里都像一顆星星；第二層是情懷，在這個團隊里，每一個跨界的年輕人都是一顆新星。

這正是上海在科學智能時代獨特的人文底色。真正動人的創(chuàng)造往往誕生于“科技與人文的十字路口”，在這里，AI不再是“冰冷的”工具，而是合作伙伴。人類定義問題，AI 協(xié)助解決，這種“人機協(xié)作”的科學研究范式，讓人類能夠更快更深入地探索宇宙的奧秘。

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編輯：葛佳明

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