專(zhuān)家談 | 人工智能技術(shù)在預(yù)測(cè)學(xué)中的應(yīng)用

　　日前，美國(guó)谷歌公司旗下的DeepMind公布新突破，其人工智能（AI）工具AlphaFold能夠預(yù)測(cè)幾乎所有科學(xué)界已知的共2.14億個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；借此預(yù)測(cè)時(shí)間可由10年縮短至30分鐘。目前，人工智能技術(shù)各行各業(yè)大顯身手，影響著人們的工作和生活。正如國(guó)際知名學(xué)者周海中先生在上世紀(jì)90年代初所預(yù)言的那樣：“隨著科技進(jìn)步，人工智能時(shí)代即將到來(lái)；屆時(shí)，人工智能技術(shù)將廣泛應(yīng)用到各學(xué)科領(lǐng)域，會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果?！比缃瘢絹?lái)越多的事實(shí)證明了他的這一預(yù)言；而人工智能技術(shù)在預(yù)測(cè)學(xué)中的應(yīng)用就是其中的典型事例。

　　預(yù)測(cè)學(xué)的目的在于減少人類(lèi)生活各個(gè)方面由于不確定性導(dǎo)致錯(cuò)誤決策所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)測(cè)學(xué)的理論部分致力于對(duì)無(wú)知和隨機(jī)的后果進(jìn)行數(shù)學(xué)化分析和描述，無(wú)知和隨機(jī)的具體化就是變異性。預(yù)測(cè)學(xué)的實(shí)驗(yàn)部分運(yùn)用模型，為決策者提供恰當(dāng)決策的必要信息。不確定性是幾乎所有問(wèn)題的根源，因此預(yù)測(cè)學(xué)將成為更有效的問(wèn)題解決工具的關(guān)鍵。此外，預(yù)測(cè)學(xué)為分析變異性提供了有效方法，因此，為將非現(xiàn)實(shí)的，確定的世界觀轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，隨機(jī)的世界觀鋪平了道路，這一轉(zhuǎn)變，特別是對(duì)于科學(xué)的所有分支，將產(chǎn)生巨大影響。人工智能技術(shù)在預(yù)測(cè)學(xué)領(lǐng)域得以實(shí)用化主要得益于數(shù)據(jù)的累積與算力，其中趨勢(shì)預(yù)測(cè)算法在很多方面起到至關(guān)重要的作用。

　　例如，英國(guó)牛津大學(xué)研究人員前不久開(kāi)發(fā)出一種新的人工智能工具，它可以讀取普通的CT掃描圖，查找心臟發(fā)生變化的預(yù)警跡象，包括脂肪細(xì)胞的細(xì)微改變、組織的疤痕以及微小血管的生長(zhǎng)。通過(guò)分析此類(lèi)信息的算法，這個(gè)人工智能系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)心血管病患者在今后9年內(nèi)發(fā)生重大心臟不良事件的風(fēng)險(xiǎn)。近期新冠肺炎（COVID-19）病毒及其變異株在全球持續(xù)蔓延，讓全人類(lèi)遭遇了一場(chǎng)前所未有的公共衛(wèi)生危機(jī)，也讓世界經(jīng)濟(jì)加速步入痛苦的調(diào)整期；為了抗擊新冠病毒，許多科研人員利用人工智能技術(shù)在診斷、制藥和防范等方面，他們認(rèn)為該技術(shù)在抗擊新冠疫情斗爭(zhēng)中能夠發(fā)揮重要作用。

　　又如，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的研究人員最近設(shè)計(jì)了一種新型人工智能模擬計(jì)算方式——SPOCK，它可以通過(guò)驚人的速度來(lái)處理數(shù)據(jù)，以確定哪些行星潛在軌道是穩(wěn)定的，哪些行星會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難的發(fā)生；這將有助于天文學(xué)家們確定我們無(wú)法詳細(xì)研究的遙遠(yuǎn)星系軌道。SPOCK通過(guò)將行星相互作用的簡(jiǎn)化模型與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合的方式簡(jiǎn)化了極為復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。這樣可以迅速排除最不穩(wěn)定的選擇，而在幾秒鐘內(nèi)完成幾千個(gè)合理軌道上的計(jì)算過(guò)程。這種新型的計(jì)算方式要比傳統(tǒng)方法快上10萬(wàn)倍；這有助于人們縮小觀測(cè)范圍，并很大程度上提升他們研究遙遠(yuǎn)星系的進(jìn)程。

　　再如，2021年歐洲杯決賽，許多彩民高手通過(guò)分析大量的數(shù)據(jù)來(lái)建立模型，從而做出科學(xué)的預(yù)測(cè)——意大利奪冠；他們利用人工智能技術(shù)，建立比賽的趨勢(shì)預(yù)測(cè)算法，將賽事隨機(jī)性的東西篩出去，以求找到有價(jià)值投注的比賽。人工智能技術(shù)具備人力所不能及的優(yōu)勢(shì)，研究數(shù)萬(wàn)場(chǎng)比賽的數(shù)據(jù)，建模后推演的賽果是非常接近事實(shí)真相的。對(duì)于數(shù)據(jù)的處理，該技術(shù)才是最為強(qiáng)大的體現(xiàn)。這一技術(shù)得以實(shí)用化主要得益于數(shù)據(jù)的累積與算力，其中趨勢(shì)預(yù)測(cè)算法在很多方面起到至關(guān)重要的作用?？梢哉f(shuō)，人工智能技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)有一定的參考價(jià)值。

　　以上僅從醫(yī)學(xué)、天文學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度舉了人工智能技術(shù)在預(yù)測(cè)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，目的是想說(shuō)明這一技術(shù)是如何助力預(yù)測(cè)科學(xué)研究的。人工智能技術(shù)具備強(qiáng)大的自我學(xué)習(xí)能力，它可以在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)大量人類(lèi)知識(shí)，它在未來(lái)對(duì)于人類(lèi)的發(fā)展會(huì)更加重要。要知道，人類(lèi)的未來(lái)必然會(huì)走向星空，而宇宙是一個(gè)浩瀚充滿各種危險(xiǎn)的空間，人類(lèi)的身體是非常脆弱的，根本無(wú)法去探索宇宙的一些危險(xiǎn)區(qū)域；但是由人工智能系統(tǒng)控制的機(jī)器人就能夠應(yīng)對(duì)各種危險(xiǎn)環(huán)境。人類(lèi)未來(lái)想要在太空領(lǐng)域快速發(fā)展，人工智能技術(shù)就是必不可少的重要輔助工具。

　　文/錢(qián)廣安(作者單位：荷蘭烏得勒支大學(xué)理學(xué)院)

來(lái)源：千家網(wǎng)