|
ИИ может находить уравнения космической физики
|
|
|
|
Системы искусственного интеллекта (ИИ), в частности искусственные нейронные сети, зарекомендовали себя как весьма перспективные инструменты для выявления закономерностей в больших объемах данных, которые в противном случае было бы трудно обнаружить. За последнее десятилетие инструменты искусственного интеллекта нашли применение в самых разных областях.
|
|
|
|
Среди множества возможных применений системы искусственного интеллекта могут использоваться для обнаружения физических взаимосвязей и символьных выражений (например, математических формул), описывающих эти взаимосвязи.
|
|
|
|
Чтобы найти эти формулы, физикам в настоящее время необходимо тщательно проанализировать необработанные данные, поэтому автоматизация этого процесса может оказаться весьма полезной.
|
|
|
|
Исследователи из Университета Цинхуа, Пекинского университета и других институтов Китая разработали систему искусственного интеллекта, которая может автоматически извлекать символические физические представления из необработанных данных. Эта новая модель, получившая название PhyE2E, была представлена в статье, опубликованной в журнале Nature Machine Intelligence.
|
|
|
|
"Наша цель состояла в том, чтобы вывести ИИ за рамки подгонки под кривые и сделать открытие понятным для человека: создать компактные, непротиворечивые уравнения, которые ученые могли бы читать, тестировать и использовать", - сказал Юань Чжоу.
|
|
|
|
|
|
|
"Сначала мы сосредоточились на космической физике, где длинные, тщательно отобранные записи наблюдений позволяют нам проверить, действительно ли полученные уравнения соответствуют природе. Сам подход является общим, и мы ожидаем, что он распространится и на другие науки".
|
|
Модель, которая символически представляет физические данные
|
|
|
|
PhyE2E, новая платформа искусственного интеллекта, представленная Чжоу и его коллегами, была разработана на основе физических данных и математических уравнений. Во время обучения модель изучала, как "выглядят" правдоподобные формулы, связанные с физикой, путем тонкой настройки широко распространенных физических уравнений, а затем создания других, синтезируя различные варианты, согласованные с единицами измерения.
|
|
|
|
"PhyE2E использует преобразователь для непосредственного преобразования данных в символьное выражение и его единицы измерения", - объяснил Чжоу.
|
|
|
|
"В нем применяется этап "разделяй и властвуй", который проверяет производные второго порядка облегченной сети oracle, чтобы разбить сложную задачу на более простые подформулы, и выполняет краткое уточнение MCTS / GP для приведения в порядок констант и структуры. В результате получается компактное, интерпретируемое и непротиворечивое по размерам уравнение".
|
|
|
|
В рамках своего недавнего исследования исследователи протестировали свою структуру как на синтетических данных, сгенерированных с помощью большой языковой модели (LLM), так и на реальных астрофизических данных, собранных НАСА.
|
|
|
|
В конечном счете, они смогли вывести формулы, описывающие физические взаимосвязи в данных, относящихся к пяти реальным космофизическим сценариям. Примечательно, что полученные формулы соответствовали формулам, полученным физиками-людьми, или, казалось, представляли данные еще лучше.
|
|
|
|
Например, при анализе данных, опубликованных НАСА в 1993 году, модель получила улучшенную формулу, математически объясняющую солнечные циклы. Кроме того, она смогла эффективно представлять взаимосвязи между солнечной радиацией, температурой и магнитными полями.
|
|
|
|
Это многообещающий инструмент для научных открытий
|
|
|
|
По сути, новая модель искусственного интеллекта, разработанная этой исследовательской группой, учится разбивать сложные физические задачи на более простые части. Опираясь на существующие и хорошо зарекомендовавшие себя уравнения, она может затем генерировать новые формулы, которые эффективно описывают взаимосвязь между различными переменными.
|
|
|
|
"Хотя написать длинное выражение, которое интерполирует данные, тривиально, и возникает соблазн использовать очень короткие выражения, ни то, ни другое не гарантирует физического смысла — многие формулы-кандидаты даже нарушают размерную (единичную) согласованность", - сказал Чжоу.
|
|
|
|
"Мы используем последние достижения в области больших языковых моделей для изучения более известных, непротиворечивых уравнений, а затем корректируем их, чтобы система предлагала компактные, физически правдоподобные выражения, которые несут в себе подлинную информацию. Мы рассматриваем это как первый шаг к абстрагированию и расширению научного опыта для обеспечения автоматизированного поиска".
|
|
|
|
PhyE2E вскоре может быть использован для анализа других экспериментальных и астрофизических данных, что позволит получить формулы, которые лучше описывают конкретные физические явления или взаимодействия. В будущем он также может быть адаптирован и применен к другим дисциплинам, потенциально способствуя научным открытиям в различных областях.
|
|
|
|
"Сейчас мы расширяем возможности платформы для операторов, ориентированных на математический анализ (например, производные / интегралы для законов в стиле PDE), повышая устойчивость к более шумным лабораторным данным", - добавил Чжоу.
|
|
|
|
"В более широком смысле, главной целью нашего исследования является совершенствование нейросимволической методологии, позволяющей интерпретировать прогнозы, полученные с помощью глубоких нейронных сетей. В то же время мы надеемся, что включение объяснимости в качестве принципа проектирования может повысить способность системы искусственного интеллекта выявлять более точные и надежные научные законы".
|
|
|
|
Источник
|
