鸟儿用烟头抗击扁虱,数学家谈加入马克龙革命原因

数学家谈加入马克龙革命原因

计算机开始像人类一样推理

鸟儿用烟头抗击扁虱

古老橡树有年轻基因

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总统埃马纽埃尔:马克龙是“一位认为科学是全球政治一部分的领导人”,Cédric
Villani 说。

一种新型神经网络可推理复杂关系,包括不同物体的位置。图片来源:v_alex/iStockphoto

图片来源:JerryFriedman

古老橡树的基因数百年来保持稳定。图片来源:Abaddon1337/CC BY-SA 4.0

图片来源:Frederic Stevens/Getty Images

你考虑购买的新家附近有多少个公园?一家餐厅里的最佳晚餐和酒的搭配是什么?回答这些日常问题需要进行关系推理,这种更高级思维的构成部分对于人工智能来说很难操控。现在,谷歌公司深度思维分公司下属的研究人员设计了一个简单的算式来处理类似的逻辑推理——而且它已经在一个复杂成像理解测试中战胜了人类。

一根香烟能带来好处吗?一种生活在城市里的鸟似乎能将烟头中的有毒化学物质变为己用,以打击鸟巢中的寄生虫。

瑞士洛桑大学校园里有一颗古老的橡树,已经矗立了234年。当1800年拿破仑的军队经过这座城市时,它还只是一颗小树,现在已经成长为这座城市的地标。但令人惊讶的是,一路走来,它的基因组几乎没有变化。

法国总统埃马纽埃尔:马克龙曾承诺带领法国进行一场革命,经过在议会选举中轻松获胜之后,他已经充分准备好履行承诺。马克龙的新中间派和改革党——共和国前进党6月18日在国会577个席位中赢得308个席位。他的代表中几乎超过一半是女性,她们此前在政治领域从不活跃。

人类在关系推理——用逻辑联系和对比位置、序列及其他实体的一种思维——方面通常较为擅长。但AI的两个主要种类——统计和符号发展出类似能力的速度却很缓慢。统计AI或机器学习擅长于模式识别,但却并不擅长使用逻辑。而符号AI能够利用已经决定的规则推理关系,但却不擅长动态学习。

墨西哥自由大学的Constantino Macías
Garcia及其同事花费数年时间研究了城市家雀收集香烟习性。初步证据显示,烟蒂上的尼古丁和其他化学物质将有助于阻止巢穴寄生虫进入鸟窝。

研究人员采集了树木不同分支的样本进行基因组测序,然而让他们没有想到的是,这颗橡树的基因组依然“年轻”。相关成果近日发表于bioRxiv。这表明植物在生长过程中能防止干细胞突变。

这一颠覆对于法国科学意味着什么尚不清楚。马克龙已经承诺将该国研究开支从占国民生产总值(的2.2%增加到3%,并赋予高校更多的自主权。他的目的是让法国在气候和环境科学领域成为全球领袖,并已承诺拨款3000万欧元且一个名为“让我们星球再次伟大”的网站帮助吸引国外科学家。今年5月,在马克龙击败法国极右翼候选人Marine
Le
Pen之后,大多数法国科学家松了一口气,但科学和高校改革很有可能会遇到来自左翼群体的抵抗。

新研究提出了跨越这一沟壑的方法:一种进行关系推理的人工智能神经网络。类似于神经在大脑中连接的方式,神经网络会将微小的程序连在一起,通过协作在数据中寻找模式。它们可以拥有处理图像、剖析语言或者甚至是学习游戏的特别架构。在这种情况下,新的“关系网络”可以被连接以对比各个场景中的每一对物体。“我们正在明确地让这个网络发现事物之间存在的关系。”该论文共同作者、伦敦深度思维分公司计算机学家Timothy
Lillicrap说。

为了确定结论,Macías
Garcia等人对32个城市家雀巢穴进行了实验。在雌鸟在鸟巢中孵蛋一天后,研究人员将巢内的自然内衬物取走,放入人工制品,从而移除在孵卵过程中可能进入的寄生虫。

每次细胞分裂时,由于复制基因组可能会发生错误,就会产生突变。动物通过在发育早期分离这些突变保护其生殖细胞,以免出错。之后这些细胞会遵循不同的发育途径,通常具有较低的细胞分裂率。

近日,《科学》杂志采访了前进党新国会的一名成员、43岁的数学家和菲尔茨奖获得者Cédric
Villani,他在巴黎南部赢得了69%的选民支持。现为巴黎亨利:庞加莱研究所所长的Villani是法国最有名的科学家之一,他曾在2014年获得美国数学学会图书奖,并在去年加入权威性的宗座科学院。

他和团队用若干任务验证了它们的关系网络。第一个网络是回答一个单一图像中事物之间的关系,如立方体、球和圆柱。例如:“蓝色物体前有一个物体,它的形状和灰色金属球右边蓝绿色的小物体形状相同吗?”对于这一任务,关系网络可以与另外两种神经网络相结合:一个是识别图像中的物体,另一个是解释问题。在很多图像和问题上,其他机器学习算式的正确率是42%到77%。人类得分是92%。而新关系网络联合体的正确率是96%,已经超过了人类的推理分数,研究人员在近日发表于预印本服务器
arXiv的文章中报告了这一成果。

然后,研究人员向10个鸟巢内加入了活扁虱,并向另外10个巢里放入死扁虱,其他12个巢里没有放扁虱。结果发现,成年的家雀如果发现鸟巢里有扁虱,非常可能会把烟蒂中的纤维放到巢里。

但植物并非如此,它们的干细胞不仅生成花的繁殖部分,而且也会生成植物的茎和叶。因此,科学家们认为这些干细胞将会积累许多突变,长寿树木顶端的新分支应该与其旧的分支存在差异。

关于他为何参与竞选、并与马克龙一起参与竞选的原因,这位数学家表示:“我从未想过自己会加入任何国家政治运动,但马克龙的政党满腔热情地支持欧洲一体化,这对于法国政党来说非常难得。”Villani补充说,该党还反对老政治传统中总统选举期间系统地攻击对手的行为,相反它促进善意、实用和进步。此外,该党派还欢迎拥有专业技能的非政治家。

深度思维团队还在基于语言的一项任务中测验了该神经网络,其中它会收到诸如“Sandra捡起足球”“Sandra去办公室”等表述。随后它会收到一些问题,如“足球在哪里?”。它在大多数类型的问题上表现得与多数AI算式一项出色,而且在所谓的推理问题方面尤其出色。例如,“Lily是一只天鹅。Lily是白色的。Greg是一只天鹅。Greg是什么颜色的呢?”。对于此类问题,关系网络得分可达98%,而其竞争者的得分在45%左右。最终,该算式分析了10个球在周围弹跳的动态模式,其中一些球被隐形弹簧或木棒连接在一起。关系网络能够利用这个动态模式,识别90%以上的连接。它随后后同样的训练方法识别移动点及其他为代表的人类形式。

更重要的是,在含有活扁虱的巢里,家雀放入的烟蒂的重量平均要比在含有死扁虱的窝里的多出40%。

于是,洛桑大学植物生物学家Philippe
Reymond带领团队采集了这颗珍贵橡树的多个样品。他们从较低较老的枝条和上部较新枝干的枝条上收集了叶片进行基因组测序,计算单碱基突变率。结果发现真正得出的数字要比基于细胞分裂数量计算后的数字小得多。

Villani表示,他希望加入马克龙的革命能让法国再次感到自信,包括对本国政府、对自我能力以及对未来感到自信。关于科学,他表示,那是一个复杂的生态系统,法国的问题众所周知。竞争性研究资助机构的效率是一个问题,如何奖励获得重要成绩的研究人员是另一个问题。此外,还有研发经费中公共和私人的投资比例、对科学发展实施专利保护以及将科学成果带入市场等诸多问题。“我想要推动的不是一个特别的问题,而是希望推动提高整个科学系统。”他说。

“他们的方法的一个优势是在概念上特别简单。”纽约波士顿大学计算科学家、并未参与此项研究的Kate
Saenko说,她也开发了一个能够回答关于图像复杂问题的算式。Lillicrap说,这种简单性——大多数进展被囊括在一个方程式中——使其能够与其他网络相结合,正如在物体比较任务中所做的那样。论文将此称为“一种简单的即插即用模块”,可让该系统的其他部分聚焦其擅长之处。

Macías
Garcia表示,研究结果表明,这些雀类用烟蒂来驱赶巢穴中的寄生虫。“扁虱和螨虫等寄生虫可能会对家雀产生影响:啃食它们的羽毛和吸食其血液。”他说。

未参与该研究的加拿大麦吉尔大学植物进化生物学家Daniel
Schoen表示:“这是一个极吸引人的研究。它触及了植物生物学家心底的一些东西。”

“我对这些结果感到震撼。”加州斯坦福大学计算机学家Justin
Johnson说,他共同开发了物体对比任务。Saenko
补充说,神经网络未来有一天将有助研究社会网络、分析监控录像或是指导自动化汽车。

英国伦敦大学的Steve
Portugal表示,该研究十分有趣,并且是有关动物创新的新奇案例,研究显示,鸟类也能利用人们意想不到的“工具”。

不过也有科学家持不同意见。捷克中欧技术研究所植物遗传学家Karel
?íha警告道,现在认为这种现象普遍存在于植物中还为时尚早,研究人员只是分析了一种遗传突变,即单碱基突变,并没有分析其他类型的突变,如DNA删除。

为了获得像人一样的灵活性,Johnson说,它将需要学习回答更多具有挑战性的问题。做到这一点可能不仅需要对比一组事物,而是要有效地对比三个事物、两对事物,或是一个更大集合中的几对事物。“我对开发能够想出其自身策略的模型非常感兴趣。”他说,“深度思维正在建设一种特殊的推理模型,那将不是进行更加普遍意义上的关系推理。但目前它依然是朝着正确方向迈出了极重要的一步。”

但Macías
Garcia的早期研究显示,这一习性也有害处。“烟蒂会通过干扰细胞分裂引起家雀的遗传损伤。”他说。

不过,Portugal表示,“我认为烟蒂的抗寄生虫特性带来的利大于弊。而且,遗传毒性需要很长时间才能显现,而家雀难以发现这个问题。”

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