人工智能和數(shù)學領(lǐng)域有著非常密切的聯(lián)系,讓我們來進行論述和探討 。
一、數(shù)學與人工智能
人工智能是一個交叉學科,應用的領(lǐng)域也非常廣闊 。不同的應用領(lǐng)域所要求的數(shù)學背景知識也不盡相同 。但是線性代數(shù)、概率論、微積分和統(tǒng)計學是人工智能用于表述的“語言” 。學習數(shù)學知識將有助于深入理解底層算法機制 , 便于開發(fā)新算法 。
線性代數(shù)是描述深度學習算法的基礎也是核心 。它通過矩陣表示法來實現(xiàn)深度學習方法,將待處理的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成離散的矩陣或向量形式 。比如一張圖像可以表示為按順序排列的像素數(shù)組形式,聲音數(shù)據(jù)可以表示為向量形式 , 神經(jīng)網(wǎng)絡就是無數(shù)的矩陣運算和非線性變換的結(jié)合 。大家都知道,概率論與統(tǒng)計學可以用來研究數(shù)據(jù)分布與如何處理數(shù)據(jù) 。深度學習算法所做的絕大多數(shù)事情就是預測,預測源于不確定性,而概率論與統(tǒng)計就是討論不確定性的學科 。另外,微積分是數(shù)學分析的基礎 。
二、AI在數(shù)學界的作用
【學習人工智能一定要數(shù)學很好嗎?】人工智能最大的優(yōu)勢,在于可以幫助人們尋找出人類思維不易發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系,也就是幫助人類尋找“直覺” 。現(xiàn)在的AI,已經(jīng)可以通過一定的算法,分析大量數(shù)據(jù)間存在的關(guān)系以及規(guī)律 , 從而幫助發(fā)現(xiàn)一些新的猜想 。一旦在AI的幫助下找到新的猜想,接下來數(shù)學家們就要對這些新猜想,進行深層次地推演和證明 。那些被證明為“真”的猜想,最終將會作為定理為人類直接應用 。目前,AI已經(jīng)可以提供一個強大的框架,在有大量數(shù)據(jù)或難以利用經(jīng)典方法研究的數(shù)學領(lǐng)域中,發(fā)現(xiàn)了不少有趣且可以獲得論證的猜想 。
數(shù)學在人工智能領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用 。如神經(jīng)網(wǎng)絡中的所有參數(shù)都被存儲在矩陣中;線性代數(shù)使矩陣運算變得更加快捷簡便,尤其是在GPU上訓練模型時,因為GPU可以并行地以向量和矩陣運算 。圖像在計算中被表示為按序排列的像素數(shù)組 。視頻游戲使用龐大的矩陣來產(chǎn)生令人炫目的游戲體驗 。在機器翻譯中,如何檢測你輸入的語言種類會用到概率論的相關(guān)知識 。一種簡單的方法就是把你輸入的詞或句子進行分解,計算各語言模型的概率 , 然后概率最高的是最后確定的語言模型 。另外,用神經(jīng)網(wǎng)絡進行圖像分類,網(wǎng)絡的輸出是衡量分類結(jié)果可信程度的概率值 , 即分類的置信度,我們選擇置信度最高的作為圖像分類結(jié)果 。而混合高斯模型、隱馬爾科夫模型等傳統(tǒng)語音處理模型都是以概率論為基礎的 。
三、AI未來對數(shù)學界產(chǎn)生的顛覆性影響
就像計算機對于數(shù)學的發(fā)展造成了一系列影響,不同程度的“人工智能”在當下已經(jīng)與數(shù)學有所交融,在未來也可能以各種方式起到顛覆性的作用 。如能夠?qū)⒑唵沃貜偷挠嬎愎ぷ鹘唤o計算機 , 使得“數(shù)值解”成為“解析解”的一大補充,也使一部分解析表達式 (例如級數(shù))在理論分析之外有了更多的應用 。
由于強大算力的介入深度學習 人工智能 , 以迭代、大規(guī)模計算等等為基礎的算法不再僅存在于理論之中,而是在優(yōu)化、求解等方面有了更大的實用價值 。這從思維方式上改變了數(shù)學的研究,不僅提供了更多的工具來解決問題深度學習 人工智能,也豐富了計算數(shù)學等領(lǐng)域的研究內(nèi)容 。
人工智能的介入使得“將簡單重復的推理和驗證工作交給計算機”成為可能 。即使是這些非常弱意義下的“人工智能”也能夠進一步改變數(shù)學研究的方式 。例如通過人工推導限制討論的情況數(shù)目 , 再通過機器逐一驗證來完成證明 。
一方面 , 人工智能為我們提供了便利 。另一方面,人工智能也可以通過數(shù)據(jù)來學習和了解人類 。人工智能浪潮催生了一批以人工智能算法為驅(qū)動的互聯(lián)網(wǎng)公司 。我們身處一個巨變的時代 , 毋庸置疑,人工智能已經(jīng)成為科技前沿之一,將給許多行業(yè)帶來顛覆性的影響 。基于數(shù)據(jù)的人工智能和基于模型的數(shù)學方法,兩者有機結(jié)合 , 既能推動人工智能的進步,也促進了數(shù)學研究的創(chuàng)新 。隨著“人工智能”的能力提升和應用推廣,其他領(lǐng)域的數(shù)學研究也會獲得一定的幫助 , 甚至在新工具的幫助下取得前所未有的成果 。例如一些將討論情況數(shù)目限制到小范圍或者積累成果已經(jīng)足夠豐富的猜想,其證明可以通過機器來打通最后一步 。
綜上所述 , AI在數(shù)學界有著舉足輕重的地位,很多人工智能應用都需要數(shù)學的相關(guān)知識來支撐 。同時,AI也會在未來會對數(shù)學界產(chǎn)生深遠和顛覆性的影響 。
本文分享自華為云社區(qū)《【云駐共創(chuàng)】AI在數(shù)學界有哪些作用?未來對數(shù)學界會有哪些顛覆性影響?》 , 作者: 龍騰九州。
本文到此結(jié)束,希望對大家有所幫助 。
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