新智元報(bào)道
編輯：英智
【新智元導(dǎo)讀】25年前，10歲的Rose Yu收到一臺(tái)改變命運(yùn)的電腦，從玩游戲到成為AI領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，她如何用物理學(xué)與深度學(xué)習(xí)破解交通、颶風(fēng)和核聚變的難題？跟隨她的腳步，揭秘一位天才科學(xué)家的開掛人生！
10歲那年，Rose Yu收到一份改變命運(yùn)的生日禮物——一臺(tái)電腦。
在25年前，電腦在中國可是稀罕物。這份來自叔叔的禮物，從此開啟了她開掛般的人生！
Rose Yu在加州大學(xué)圣地亞哥分校，俯瞰著拉霍亞海岸，她致力于構(gòu)建能用物理學(xué)原理解決實(shí)際問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
最開始，Yu用它玩電腦游戲，到了中學(xué)時(shí)期，她獲得了網(wǎng)頁設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。
大學(xué)時(shí)期，她在浙江大學(xué)主修計(jì)算機(jī)科學(xué)，在校期間因創(chuàng)新研究獲獎(jiǎng)。
后來，她選擇到南加州大學(xué)（USC）讀博，部分原因是她在美國唯一的親友——那位叔叔，當(dāng)時(shí)在附近的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工作。
2017年，Yu獲得博士學(xué)位，并榮獲最佳博士論文獎(jiǎng)。
最近一次獲獎(jiǎng)是今年1月，美國總統(tǒng)拜登親自授予她總統(tǒng)早期職業(yè)獎(jiǎng)。
Yu現(xiàn)為加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）副教授，是「物理引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)」領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，多年來致力于將物理知識(shí)融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
她用流體動(dòng)力學(xué)原理改進(jìn)了交通預(yù)測，通過加速湍流模擬，加深了對(duì)颶風(fēng)的理解，甚至設(shè)計(jì)了一些工具來預(yù)測新冠肺炎（Covid-19）的傳播。
她夢想部署一套稱之為「AI科學(xué)家」的數(shù)字實(shí)驗(yàn)室助手。
基于物理學(xué)原理，人類研究員與AI助手的合作，有望催生全新的科學(xué)見解。
在她看來，整合這些「助手」的信息，或許是加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程的最佳途徑。
堵車催生的靈感
讀研時(shí)，Rose Yu被洛杉磯的堵車折磨瘋了！
學(xué)校門口兩條高速公路交匯，每次出門都像「渡劫」。
2016年，她突發(fā)奇想：深度學(xué)習(xí)能識(shí)別圖片，能否預(yù)測動(dòng)態(tài)的交通？
當(dāng)時(shí)，深度學(xué)習(xí)正火，它通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律，圖像分類成果顯著。
她把車流想象成水流，在模型中，道路上的車流就好比流體在平面上流動(dòng)，遵循流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律。
最大的創(chuàng)新是引入圖論的概念，把交通視為一張「圖」。
監(jiān)測道路交通狀況的傳感器是「節(jié)點(diǎn)」，傳感器之間的道路及距離構(gòu)成了「邊」。
借助這張圖，可以獲取某個(gè)時(shí)刻整個(gè)路網(wǎng)的即時(shí)狀況，包括每個(gè)位置車輛的平均速度。
把每隔5分鐘生成的圖組合起來，就能清晰看到交通的變化趨勢，對(duì)交通狀況進(jìn)行預(yù)測。
靠著導(dǎo)師Cyrus Shahabi積累的海量數(shù)據(jù)，她的模型把交通預(yù)測時(shí)長從15分鐘延長到1小時(shí)！
2018年，谷歌地圖直接采用了她的代碼，還邀請(qǐng)她當(dāng)訪問研究員。
給颶風(fēng)「算卦」
解決了堵車難題，她又盯上了氣候領(lǐng)域的硬骨頭——湍流預(yù)測。
2018年，Yu在Lawrence Berkeley國家實(shí)驗(yàn)室做做了一次演講，和那里的科學(xué)家們進(jìn)行了交流，明確了這個(gè)問題。
湍流就是水流、氣流里那些復(fù)雜的漩渦，小到咖啡攪拌的漩渦，大到海洋中的風(fēng)暴，都和它有關(guān)。
用傳統(tǒng)Navier-Stokes方程預(yù)測湍流，計(jì)算速度慢得像蝸牛，這也是為什么颶風(fēng)難以精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。
Yu用最佳數(shù)值模擬訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)這些模擬。
模型效果驚人：二維場景下預(yù)測速度快了20倍，三維場景直接快了1000倍！
未來預(yù)警颶風(fēng)可能要用她的湍流預(yù)測算法了。
湍流幾乎無處不在：血液里的湍流會(huì)引發(fā)中風(fēng)，無人機(jī)螺旋槳的湍流會(huì)讓飛機(jī)搖晃。
Yu在加州理工學(xué)院（CIT）做博士后時(shí)，曾與他人合作撰寫了一篇研究無人機(jī)穩(wěn)定性的論文。
團(tuán)隊(duì)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬湍流，從而更好地控制無人機(jī)的起飛和降落。
1億攝氏度左右的高溫下，等離子體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生各種湍流。高溫等離子體里的湍流，是核聚變的關(guān)鍵。
Yu目前正在開發(fā)一種深度學(xué)習(xí)模型，能夠在瞬間預(yù)測等離子體的行為。
AI科學(xué)家
Rose Yu還有個(gè)更大膽的想法：打造「AI科學(xué)家」。
她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的AI，已經(jīng)能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，如光速恒定的洛倫茲對(duì)稱性、物體旋轉(zhuǎn)不變的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。
更牛的是，這些全是靠AI自己悟出來的！
AI還有潛力發(fā)現(xiàn)目前物理學(xué)中未知的新對(duì)稱性，這將是一個(gè)巨大的突破。
她所設(shè)想的「AI科學(xué)家」不是單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是程序的組合，用來輔助科學(xué)家做出新發(fā)現(xiàn)。
比如天氣預(yù)報(bào)、分析全球變暖的原因，研究疫苗接種政策對(duì)疾病傳播的影響。
現(xiàn)在，她的團(tuán)隊(duì)正開發(fā)更強(qiáng)大的基礎(chǔ)模型，能處理數(shù)字、文本、圖像、視頻等多種數(shù)據(jù)。
也許幾年后，科研人員就能用它快速分析數(shù)據(jù)、提出假設(shè)，把更多精力留給腦洞大開的創(chuàng)造性工作。
不過她也強(qiáng)調(diào)：AI永遠(yuǎn)是助手，不是替代者。
「我們的目標(biāo)是讓AI幫忙干雜活，人類的創(chuàng)造力才是無可替代的！」
Rose Yu（虞琦）
Rose Yu是加州大學(xué)圣地亞哥分校（UC San Diego）計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系副教授。她是AI團(tuán)隊(duì)的核心成員，同時(shí)在Hal?c?o?lu數(shù)據(jù)科學(xué)研究所任職。
她的研究興趣主要在機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是大規(guī)模時(shí)空數(shù)據(jù)的處理與分析，她對(duì)AI推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)有極大的熱情。
她曾榮獲美國總統(tǒng)青年科學(xué)家與工程師獎(jiǎng)（PECASE），還曾獲DARPA青年教師獎(jiǎng)、歐洲早期科學(xué)與工程獎(jiǎng)（ECASE）、美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）杰出青年獎(jiǎng)、赫爾曼獎(jiǎng)學(xué)金，以及摩根大通、Meta、谷歌、亞馬遜和Adobe等企業(yè)頒發(fā)的教師獎(jiǎng)。
Yu多次獲得最佳論文獎(jiǎng)，曾獲南加州大學(xué)（USC）最佳博士論文獎(jiǎng)。她還被《麻省理工科技評(píng)論》評(píng)為35歲以下AI領(lǐng)域創(chuàng)新者。
參考資料：
https://www.quantamagazine.org/improving-deep-learning-with-a-little-help-from-physics-20250423/
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