人工智能重塑科学与工程研究.pdfVIP

人工智能重塑科学与工程研究

朱霖潮

浙江大学计算机科学与技术学院人工智能研究所

zhulinchao@zj

Recognition，LEarning，Reasoning

提纲

l科学研究方法

l以蛋白质结构预测为例

lAI驱动科学研究的全过程

l小结

2

科学研究方法

l第一范式：经验驱动——基于观察和归纳的实验研究

常规内容页标题微软雅黑30号字

l以经验主义和人的思考为主导的科学研究范式

l实验是开展研究的主要手段

l起源可追溯至古希腊和中国的早期实验方法

l数千年文明史中，人类绝大多数技术发展源于对自然现象的观察和实验总结

甲骨文反映了早期古人通过观亚里斯多德认为自由落体运动中，伽利略的落体实验：通过实验开普勒发现行星的移

察自然现象(如天气、农作物物体越重，下落越快；物体越轻，验证物体落下速度与质量无关动遵守着三条定律

生长、天象等)，并进行记录下落越慢。

的做法。

科学研究方法

l第二范式：理论驱动——基于科学假设和逻辑演绎的理论研究

常规内容页标题微软雅黑30号字

l当实验条件不具备时，第一范式难以为继

l不再局限于描述经验事实，使用数学工具研究更精确的自然现象

l从“知其然”到“知其所以然”，对自然界规律做出背后原理性的解释

l探索第一性原理（FirstPrinciple），提供精确描述自然规律的语言，形成可

分析的理论模型

l23个定义明确了点、

线、面等基本几何概念

l5条公设确立了几何作

图的基本操作

l5条公理奠定了几何推

理的基础规则

牛顿定律薛定谔方程欧几里德《几何原本》

科学研究方法

l第三范式：计算驱动——以计算和仿真为主导的科学研究

常规内容页标题微软雅黑30号字

l肯尼斯·威尔逊博士（计算物理学家、诺贝尔奖获得者）指出，计算是与理论

和实验并列的科学方法之一

l高性能计算机和大规模并行计算兴起

l利用计算机精确、大规模求解方程组

l探索无法通过实验和理论推导解决的复杂问题

l将量子力学方程转换为计算机高

效求解的形式

l处理复杂多电子体系问题

原子结构电荷密度

波函数哈密顿量

密度泛函理论（DFT）有限元仿真的汽车碰撞测试超级计算机系统

科学研究方法

l第四范式：数据驱动——数据密集型科学研究方法

常规内容页标题微软雅黑30号字

l图灵奖获得者吉姆·格雷提出数据密集型科学研究

l利用海量数据采集取代传统观察，以机器学习、统计学等技术替代人类归纳

l大数据：例如，美国国家