全國科技工作者日網絡科普報告—自動推理與人工智能

發布時間:2023-05-31


美國人工智能前主席Winston教授指出:“人工智能就是研究如何使用計算機去做過去隻有人才能做的智能工作”。推理(符號主義(yi) )、感知(聯結主義(yi) )、協作(行為(wei) 主義(yi) )是人最明顯的三個(ge) 智能工作,其中推理是人類最具代表性的智能行為(wei) 之一,也是人工智能的核心與(yu) 主要目標。自動推理主要研究定理的自動證明,它與(yu) 人工智能的起源、成就與(yu) 發展趨勢相輔相成。


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全國科技工作者日

2023年5月30日是第七個(ge) “全國科技工作者日”。今年全國科技工作者日的主題是“點亮精神火炬”。在這個(ge) 專(zhuan) 屬於(yu) 科技工作者的日子裏,米兰体育官方网站入口聯合中國工業(ye) 與(yu) 應用數學學會(hui) 、中國運籌學會(hui) 特別邀請中國科學院數學與(yu) 係統科學研究院高小山研究員,為(wei) 廣大科技工作者獻上了精彩的網絡科普報告“自動推理與(yu) 人工智能”。米兰体育官方网站入口副理事長周愛輝研究員主持了報告,一起出席的還有中國工業(ye) 與(yu) 應用數學學會(hui) 副理事長王兆軍(jun) 教授、中國運籌學會(hui) 科普工作委員會(hui) 主任劉歆研究員。

高老師的報告主要從(cong) 三個(ge) 方麵展開:一、自動推理與(yu) 邏輯主義(yi) 人工智能;二、深度學習(xi) 與(yu) 自動推理融合;三、人工智能安全的數學理論。

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[ 自動推理與邏輯主義人工智能 ]

高老師介紹“笛卡爾構想(1596-1650)”所蘊含的機器自動證明定理是人類一個(ge) 古老的夢想,萊布尼茨的“通用符號演算”(1646-1716)是自動推理的目標,“希爾伯特形式主義(yi) 與(yu) 判定問題”在數學上真正將自動推理提成了一個(ge) 嚴(yan) 格的數學問題,至少在理論上完整解決(jue) 了自動推理,並指出了自動推理在有效性追求方麵產(chan) 生的幾個(ge) 重大影響:(1)邏輯人工智能開啟了符號主義(yi) 人工智能;(2)計算理論:自動推理的計算複雜性,它開辟了計算複雜性理論領域;(3)交互式定理證明與(yu) 形式化數學:不必自動證明定理,而是自動驗證給定的證明是否正確;(4)數學機械化(吳文俊,1979):在數學的各個(ge) 學科選擇適當的範圍,即不太小以至於(yu) 失去意義(yi) 、又不能太大以至於(yu) 不可判斷,實現機械化,推動數學發展與(yu) 腦力勞動機械化。高老師強調自動推理是人工智能的重要起源,邏輯人工智能產(chan) 生了一係列重要人工智能發現且在各行各業(ye) 都能發揮重大作用。


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[ 深度學習與自動推理融合 ]

對於(yu) 深度學習(xi) 與(yu) 自動推理融合,高老師闡述到深度學習(xi) 是新一輪人工智能突破的基礎,基於(yu) 深度學習(xi) 的突破包括:模式識別(在很多方麵超越人類)、AlphaGo(在各種棋類戰勝人類)、AlphaFold(預測蛋白質結構)、ChatGPT(部分通用智能)等;並分享了邏輯推理與(yu) 機器學習(xi) 、深度推理是深度學習(xi) 與(yu) 自動推理的融合,又結合紐結理論、矩陣乘法、ChatGPT求解數學問題、神經-符號自動推理DNN、視覺推理等具體(ti) 問題來說明深度學習(xi) 如何增強自動推理及如何用DNN實現自動推理過程和直接學習(xi) 視覺推理任務。雖然深度學習(xi) 與(yu) 自動推理融合被認為(wei) 是下一代AI的方向之一,但目前還遠未達到自動推理“湧現”的目標,高老師強調其麵臨(lin) 的主要挑戰為(wei) (1)基於(yu) DNN的邏輯推理:ChatGPT是否通過學習(xi) 數學書(shu) 籍並融合邏輯推理可以達到自動推理過程的“湧現”?(2)使用邏輯提升DNN性能:找到適合於(yu) 深度推理的有效表示,就像用於(yu) 圖像識別的CNN、用於(yu) 自然語言翻譯的Transformer。


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[ 人工智能安全的數學理論 ]

機器學習(xi) 組件已廣泛應用於(yu) 安全攸關(guan) 的信息物理融合係統,而對於(yu) 如何保障其安全性?高老師首先解釋:驗證係統的正確性就是證明一個(ge) 定理,因此智能係統正確性驗證的核心是自動推理。接著高老師闡述了基於(yu) 嚴(yan) 格數學基礎對係統進行規約、開發和驗證的技術是自動推理正確性驗證的形式化方法,自動推理在軟硬件驗證技術及芯片與(yu) 基礎軟件的應用是自動推理正確性驗證的成功案例。最後他講解了對抗樣本存在下的學習(xi) (對抗學習(xi) )、如何用幾何變換產(chan) 生對抗樣本及對抗深度學習(xi) 的數學理論。

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[ 報告總結 ]

高老師最後總結:(1)自動推理是邏輯主義(yi) 人工智能的源泉,由此產(chan) 生了計算理論等重要學科方向,以及SAT求解器、Coq定理證明器、Maple符號計算等重要軟件工具;(2)融合深度學習(xi) 與(yu) 自動推理是未來人工智能發展的主要方向之一,現在還處在初始階段,有待深入研究;(3)安全驗證是自動推理的主要成功應用場景之一,智能係統安全具有更大的挑戰性,需要迫切解決(jue) 。

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[ 提問環節 ]

報告結束後,周愛輝研究員主持了提問環節。嘉賓們(men) 分別代表網友提出了三個(ge) 問題,分別是:基於(yu) 符號的邏輯推理與(yu) 基於(yu) 統計的機器學習(xi) 結合的前景如何?關(guan) 鍵難度在哪?目前人工智能在各個(ge) 領域都有應用,但普遍的問題是缺少理論的保證,因此在一些涉及安全或者機械製造等關(guan) 鍵領域很難得到真正的應用。那如何使得人工智能的方法安全可靠有哪些可行的思路?基於(yu) 邏輯和數學機械化的人工智能是否可以和目前基於(yu) 學習(xi) 的人工智能結合,來保證設計算法的安全可靠? ChatGPT在幾何定理自動證明,或者說數學定理的自動證明的有什麽(me) 進展嗎?ChatGPT在這方麵,將來的發展潛力如何?這三個(ge) 問題是通過米兰体育官方网站入口微信公眾(zhong) 號收集遴選的。高小山研究員對這些問題做了詳細地回答。

報告專家

高小山 中科院數學與(yu) 係統科學研究院研究員、國家數學與(yu) 交叉科學中心執行主任。主要研究數學機械化、自動推理、人工智能數學理論及應用。曾獲國家自然科學二等獎、吳文俊應用數學獎、吳文俊人工智能傑出貢獻獎、國際計算機學會(hui) ISSAC傑出論文獎。曾擔任3個(ge) 973項目的首席科學家、國家基金委創新群體(ti) 學術帶頭人、人工智能數學理論項目首席科學家。


數學會獎項

華羅庚獎

華羅庚先生是我國著名數學家

華羅庚先生是我國著名數學家,他熱愛祖國,獻身科學事業(ye) ,一生為(wei) 發展我國的數學事業(ye) 和培養(yang) 人才做出了卓越貢獻。

陳省身獎

陳省身教授是一位國際數學大師

國際數學大師陳省身教授是美籍華裔數學家、中國科學院外籍院士。他非常關(guan) 心祖國數學事業(ye) 的發展,幾十年來在發展我國數學事業(ye) 、培養(yang) 數學人才等方麵做了大量工作。

鍾家慶獎

鍾家慶教授生前對祖國數學事業的發展極其關切

鍾家慶教授生前對祖國數學事業(ye) 的發展極其關(guan) 注,並為(wei) 之拚搏一生。為(wei) 了紀念並實現他發展祖國數學事業(ye) 的遺願,數學界有關(guan) 人士於(yu) 1987年共同籌辦了鍾家慶基金,並設立了鍾家慶數學獎,委托米兰体育官方网站入口承辦。

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