十九世纪数学经历深刻变革,霍华德·斯坦(Howard Stein)称其第二次诞生;马克·吐温(Mark Twain)说死亡报道夸大。我近期参加汇聚研究(Convergent Research)支持的科创会议,该组织监督精益 FRO(Lean FRO)开发精益定理证明器(Lean theorem prover)的非营利机构。会上我以数学家身份自我介绍后,众人急于探讨近期 AI 对数学的影响及学界反应。他们惊讶我认为博客回应积极,尽管日常工作将变。这些讨论助我形成分享想法。
正文
“十九世纪数学经历深刻变革,堪称学科的第二次诞生——第一次在古希腊。”出自 Howard Stein 的论文《Logos, Logic, and Logistiké: Some Philosophical Remarks on Nineteenth-Century Transformation of Mathematics》
马克·吐温:“我死去的报道被夸大了。”
“愿你们生活在有趣的时代。”(传统谚语)
我近期参加了一个由 Convergent Research 支持的科创初创会议,该组织监管开发 Lean 定理证明器的非营利 Lean FRO。会上我以数学家身份自我介绍后,许多人想谈 AI 近期对数学的影响及学界反应。他们惊讶地发现,我认为如本博客和 Proofs and Prompts 上的社群回应总体积极鼓励,尽管我们都承认日常工作必将改变。这些讨论帮我形成了此处分享的想法。
对数学家工作的狭义看法体现在日常流程:解题,太难就做简化近似再调参数。近几个月的事件打破了这习惯,因为一年前能发论文的结果现在用 AI 轻易生成。这让我们担忧未来做数学的意义,以及如何培养下一代数学家。
数学史给出更广阔视角。数世纪变化中稳定的是:数学是严谨推理与交流的文化,提供语言和抽象让我们可靠高效思考沟通。AI 时代这种推理仍重要。数学的美感不减其实用,反而由此解释:做数学愉悦或因它练就物种生存基本能力,写入 DNA。若如此,数学思想不会消失。
挑战在于,让 AI 解题使我们数十年来解题与增进数学理解脱钩。问题不是是否还需数学,而是 AI 时代如何追求理解。我给三个总体回答。
解决更难的问题
当今基础模型两个显著特征:一是已读遍数学文献,二是不知疲倦;智能体群尝试无数变体找解。这解释了为何 AI 生成的开放问题解都有相似特质:AI 能拼凑现有技法治愈的问题(感谢 Matthew Ballard 此描述及分析)。
每个有趣数学问题都能这样回答吗?可能不,即便能,也可能有更新颖满意的解需新见解。近未来 AI 或能想出,但至少我们还未到那步。强化学习训练让系统连惯常步骤,从成败史学哪些最有希望。行动价值仅按最终轨迹成功评定,催生超人巧妙却可能缺创造与高层策略。无论如何,仍有难题和宏大研究计划,AI 助进展令人兴奋。
想更大的念头
若数学是外星人强加的习题考试,现状更令人沮丧。幸好我们做数学时能选题、评解、偏爱最佳。我们定何为有趣、追何问、为何。命运在手。
数学中最羡之物常如天降。1853年青年伯恩哈德·黎曼向导师卡尔·弗里德里希·高斯提交三个候选题目供其就职讲座选,高斯据报选了黎曼准备最少的,想看其发挥。该讲座《论几何基础之假设》1868年遗著出版,革新领域。它区分空间度量与拓扑性质,引入流形一般概念(后者至20世纪才严格)。关注空间内在性质(黎曼几何中由度量定、独立于嵌入)是数十年后爱因斯坦广义相对论关键。黎曼几何应用超黎曼想象,从机器人、医学成像到统计分析。
William Ewald 的文献集 From Kant to Hilbert 引费利克斯·克莱因描述:“[黎曼讲座]出版时我正独立钻研数学,仍鲜活记忆其思路对当年青年数学家的冲击。我们觉昏暗难解却深不可测,而现代数学家自幼吸收,只赞清晰多产。”
青年克莱因觉昏暗者今成经典,基础模型如青年数学家般训练吸收。再谢 Ballard 举此例并指出无强化学习能评黎曼决策:益处弥散难追踪,时间跨度太长。
无数数学发展开新视野者同理,如伽罗瓦着眼置换群解代数方程、庞加莱动力系统定性研究、格罗滕迪克深远概念创新。AI 终能此类进展?此问不当。告之某 AI 吐出对其同类有趣的定理于我无益。我们仅在结果对我们有趣重要时在乎 AI,终由我们定意。数学发展的价值嵌于历史文化。
试想阿拉斯加荒野背包行:或乐让 AI 订机票,但不愿 AI 代徒步发照。数学攸关非娱乐,而是推理抉择的能动性。无论 AI 能否思,不能代我们思。我们有自己的生活;数学是我们讲述的故事,如何讲述由定。有 AI,探索更多,发现途径不缺。
尝试新事物
迄今我聚焦用 AI 助做旧事,但勿忘技术本身提新问题,我们需学高效用。我另文(将刊 Notices of the AMS)主张数学家应积极参与理解技术,想新法做新数学。
AI 改变数学之意非无先例。17世纪代数解几何是新技,非人人喜;然我们掌握并高效用。同世纪无穷小微、19世纪代数结构、20世纪初集合抽象结构语言、近数值符号计算皆然。新时皆陌生不安。应视投入证明辅助与神经网络助发现数学者为做数学,而非仅技术员。AI 时代,发展符号自动化或训神经网络贡献不逊手动推证定理。
闻辩称就业紧缩应内守传统技能。相反,我认为参与新技术学用之增推理发现能保学科强。拓宽数学观是扩职业保相关最佳法。
给下一代的信息
我对未来乐观及浅议解难题、想大念、试新物,难慰脚下地动的学生和早期职业研究者。我言非淡化挑战或给易应。数学系、领袖、教育者、学会、期刊编委会正开紧急会拟具体建议行动。任务艰巨。
虽不确定,可给下一代清晰信息。一、我们与你们同在。无重于学科健康强盛及保你们繁荣。我们谦认经验专有限,昔以为知者已不验。承诺尽力合作保职业强。
二、数学今仍重要,需你们。AI 不可代我们集体推理抉择力,数学仍是核心能力。无法想象数学不居生活要位之世。
三、未来几年极有趣。我们处新前沿,共同规范价值期望崩解,替何由共定。信未来史家视此为新数学纪元始,量我们行决后果。数学从来非怯者事;此乃我们奋起面挑战之机。
评论
社区普遍承认 AI 在数学证明上进展迅速,但分歧在于应全力推进 AI 自我迭代、警惕无监管导致人类被霸权支配,还是更重视人类数学教育与底层工具链的真实贡献。
认为 AI 解决数学难题是必然且 AI 理解优先于人类
- 反驳怀疑论关于 AI 缺乏新颖洞察的看法,指出 AI 已解决复杂任务乃至千禧年问题,生成定理是推进前沿的方式,AI 数学理解比人类重要得多。(认可度:少数人) > 人工智能持续解决更复杂任务甚至千禧年问题,其对数学的理解比人类重要百万倍。(@charcircuit)
警告无监管 AI 将全面超越人类并造成霸权
- 厌倦谨慎乐观,主张若无监管 AI 必然在所有领域超越人类,使无权控制模型者彻底无力、经济冗余,诚实讨论此风险是必要的。(认可度:少数人) > 若无监管,人工智能必在各领域超越人类,令无权者彻底无力、经济冗余并受制于 AI 霸权,回避即是欺骗。(@atleastoptimal)
强调提升人类数学理解与教育比追逐定理更重要
- 认为数学目的在促进人类理解,AI 自动化证明后,下一前沿应是教学性以提升大众素养;有应用数学学生表示原文鼓励数学不可替代让其安心。(认可度:较多人) > 若数学旨在促进人类理解,提升大众数学素养比追逐又一定理羽毛更重要,尤其当 AI 能自动采摘时。(@drivebyhooting)
认为真正突破应归功于 Lean 与 Mathlib 而非大语言模型
- 指出当前自动证明进展过多归功大语言模型,实则是 Lean 语言设计与 Mathlib 生态结合之功,其他证明器栈未见同等突破。(认可度:少数人) > 若非 Lean 与 Mathlib 的特定组合,此类进展恐难实现,自动定理证明器并不新鲜却未在其他技术栈突破。(@nylonstrung)