天文學(xué)家花了幾個世紀(jì)才弄清楚。但是現(xiàn)在，受大腦啟發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法已經(jīng)得出結(jié)論，它應(yīng)該根據(jù)太陽和火星的運(yùn)動如何從地球上出現(xiàn)，將太陽置于太陽系的中心。這一壯舉是這項(xiàng)技術(shù)的第一個測試，研究人員希望他們可以通過發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)集中的模式來發(fā)現(xiàn)新的物理定律，并重新制定量子力學(xué)。結(jié)果將出現(xiàn)在Physical Review Letters1中。

蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)的物理學(xué)家Renato Renner和他的合作者想要設(shè)計一種算法，該算法可以將大數(shù)據(jù)集提煉為幾個基本公式，從而模仿物理學(xué)家提出諸如E=mc的簡潔方程式的方式。2。為此，研究人員必須設(shè)計一種新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是一種受大腦結(jié)構(gòu)啟發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過訓(xùn)練龐大的數(shù)據(jù)集來學(xué)習(xí)識別物體，例如圖像或聲音。他們發(fā)現(xiàn)了一般特征-例如，“四只腿”和“尖頭的耳朵”可能被用來識別貓。然后，他們在數(shù)學(xué)“節(jié)點(diǎn)”(神經(jīng)元的人工等效物)中對這些特征進(jìn)行編碼。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不是像物理學(xué)家那樣將這些信息提煉成幾個易于解釋的規(guī)則，而是一個黑匣子，以一種無法預(yù)測且難以解釋的方式將其獲得的知識分布在成千上萬個節(jié)點(diǎn)上。

因此，Renner的團(tuán)隊(duì)設(shè)計了一種“整體化”的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：兩個子網(wǎng)僅通過少數(shù)幾個鏈接就相互連接了。第一個子網(wǎng)絡(luò)將像典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，第二個子網(wǎng)絡(luò)將利用該“經(jīng)驗(yàn)”來進(jìn)行和測試新的預(yù)測。由于幾乎沒有連接雙方的鏈路，因此第一個網(wǎng)絡(luò)被迫以壓縮格式將信息傳遞給另一側(cè)。Renner將其比作顧問如何將所學(xué)知識傳遞給學(xué)生。

行星定位

最初的測試之一是給網(wǎng)絡(luò)提供有關(guān)從地球上看到的火星和太陽在天空中運(yùn)動的模擬數(shù)據(jù)。從這個角度來看，火星的太陽軌道似乎是不穩(wěn)定的，例如它會周期性地“逆行”，從而逆轉(zhuǎn)其方向。幾個世紀(jì)以來，天文學(xué)家一直認(rèn)為地球處于宇宙的中心，并通過暗示行星在天球中以稱為行星輪的小圓圈運(yùn)動來解釋火星的運(yùn)動。但是在1500年代，哥白尼(Nicolaus Copernicus)發(fā)現(xiàn)，如果地球和行星都在繞太陽公轉(zhuǎn)，則可以用更簡單的公式系統(tǒng)來預(yù)測運(yùn)動。

加拿大多倫多大學(xué)物理學(xué)家馬里奧·克倫(Mario Krenn)說，研究小組的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出了哥白尼式的火星軌跡公式，重新發(fā)現(xiàn)了“科學(xué)史上最重要的范式轉(zhuǎn)變之一”?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)的智慧。

Renner強(qiáng)調(diào)，盡管該算法可以推導(dǎo)公式，但仍需用肉眼來解釋方程式，并了解它們與行星圍繞太陽運(yùn)動的關(guān)系。

紐約市哥倫比亞大學(xué)的機(jī)器人學(xué)家霍德·利普森說，這項(xiàng)工作很重要，因?yàn)樗軌蛱暨x出描述物理系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。他說：“我認(rèn)為，這些技術(shù)是我們理解并跟上物理學(xué)中乃至更復(fù)雜現(xiàn)象日益增長的唯一希望。”

Renner和他的團(tuán)隊(duì)希望開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，以幫助物理學(xué)家解決量子力學(xué)中的明顯矛盾。該理論似乎對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及遵循其定律的觀察者的觀察方式產(chǎn)生了相互矛盾的預(yù)測2。

Renner說：“量子力學(xué)的當(dāng)前表達(dá)方式可能在某種程度上只是歷史的人工制品。”他補(bǔ)充說，計算機(jī)可以提出一種沒有這種矛盾的表述，但是該團(tuán)隊(duì)的最新技術(shù)還不夠完善。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，他和他的合作者正在嘗試開發(fā)其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種版本，該版本不僅可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，而且可以提出全新的實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)其假設(shè)。