10歲Rose，25年前。 Yu收到了一臺改變命運的電腦。從玩游戲到成為AI領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，她如何通過物理和深度學(xué)習(xí)來解決交通、風(fēng)暴和核聚變的問題？跟隨她的腳步，揭示一個天才科學(xué)家的生活！

10歲那年，Rose Yu收到了一份改變命運的生日禮物——一臺電腦。

二十五年前，電腦在中國很少見。這份來自叔叔的禮物，從此開始了她的開掛生活！

Rose Yu在加州大學(xué)圣地亞哥分校俯瞰拉霍亞海岸。她致力于構(gòu)建一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以用物理原理解決實際問題。

起初，Yu用它來玩電腦游戲，到了中學(xué)，她獲得了網(wǎng)頁設(shè)計獎。

她在浙江大學(xué)主修計算機科學(xué)，在大學(xué)期間因創(chuàng)新研究而獲獎。

后來，她選擇去南加州大學(xué)。（USC）讀博士，部分原因是她在美國唯一的親戚朋友——那個叔叔，當(dāng)時正在附近的噴氣推進實驗室。

Yu在2017年獲得博士學(xué)位，并獲得最佳博士論文獎。

最近一次獲獎是在今年1月，美國總統(tǒng)拜登親自授予她初始職業(yè)獎。

Yu現(xiàn)在是加州大學(xué)圣地亞哥分校。（UCSD）副教授，是「深入學(xué)習(xí)物理指導(dǎo)」多年來，該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物致力于將物理知識融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

通過加快湍流模擬，她用流體力學(xué)原理改善了交通預(yù)測，加深了對風(fēng)暴的認識，甚至制定了一些預(yù)測新冠肺炎的工具。（Covid-19）的傳播。

他理想地安排了一套稱之為「AI科學(xué)家」數(shù)字化實驗室助手。

人類研究人員與AI助手的合作，基于物理原理，有望產(chǎn)生全新的科學(xué)觀點。

對她來說，把這些整合起來「助手」信息，或許是加快科學(xué)發(fā)現(xiàn)進程的最佳途徑。

造成交通堵塞的靈感

讀研時，Rose 被洛杉磯的堵車摧毀了Yu！

兩條高速公路在學(xué)校門口相遇，每次出門都像「渡劫」。

2016年，她心血來潮：深入學(xué)習(xí)可以識別圖片，可以預(yù)測動態(tài)交通嗎？

那時，深度學(xué)習(xí)淬火，它通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中挖掘出規(guī)律，圖像分類成果顯著。

它把車流想象成水流，在模型中，道路上的車流就像液體在平面上流動，遵循流體力學(xué)規(guī)律。

最大的創(chuàng)新就是引入圖論的概念，把交通當(dāng)作一張圖?！笀D」。

對公路交通狀況進行監(jiān)測的傳感器是「節(jié)點」，傳感器間的道路和距離形成「邊」。

借助于這張圖，可以在某一時刻得到整個路網(wǎng)的實時情況，包括每個位置汽車的平均速度。

將每5分鐘生成的圖片組合起來，可以清楚地看到交通的變化趨勢，預(yù)測交通狀況。

依靠Cyrus導(dǎo)師 Shahabi積累了大量的數(shù)據(jù)，她的模型將交通預(yù)測時間從15分鐘延長到1小時！

谷歌地圖于2018年直接使用了她的代碼，并邀請她成為一名瀏覽研究員。

給風(fēng)暴「算卦」

解決了交通堵塞問題，她便把目光投向了氣候領(lǐng)域的硬骨——湍流預(yù)測。

2018年，Yu在Lawrence Berkeley國家實驗室進行了一次演講，并與那里的科學(xué)家進行了交流，明確了這一問題。

湍流就是水流、氣流中那些復(fù)雜的漩渦，小到咖啡攪拌的漩渦，大到海洋中的颶風(fēng)，都與之有關(guān)。

使用傳統(tǒng)的Navier-Stokes方程來預(yù)測湍流，計算速度像蝸牛一樣慢，這就是為什么風(fēng)暴很難準(zhǔn)確預(yù)測。

Yu學(xué)習(xí)這些模擬，用最好的數(shù)值模擬訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

模型效果驚人：二維場景預(yù)測速度快20倍，三維場景直接快1000倍！

未來的預(yù)警風(fēng)暴估計將采用她的湍流預(yù)測算法。

湍流幾乎無處不在：血液中的湍流會導(dǎo)致中風(fēng)，無人機螺旋槳的湍流會使飛機搖晃。

Yu在加州理工學(xué)院（CIT）在做博士后的時候，曾經(jīng)和別人合作寫過一篇關(guān)于無人機穩(wěn)定性的論文。

該團隊利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬湍流，從而更好地控制無人機的起降。

在1億攝氏度左右的高溫下，等離子體內(nèi)會產(chǎn)生各種湍流。核聚變是高溫等離子體中湍流的關(guān)鍵。

目前，Yu正在開發(fā)一種能瞬間預(yù)測等離子體動作的深度學(xué)習(xí)模型。

AI科學(xué)家

Rose Yu還有一個更大膽的想法：創(chuàng)造「AI科學(xué)家」。

團隊開發(fā)的AI，已能夠自動發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，例如洛倫茲對稱光速恒定，物體旋轉(zhuǎn)不變的旋轉(zhuǎn)對稱。

更加令人驚訝的是，這些都是由AI自己實現(xiàn)的！

AI也有潛力發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中未知的新對稱，這將是一個巨大的突破。

她所設(shè)想的「AI科學(xué)家」這不是一個單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是一個幫助科學(xué)家進行新發(fā)現(xiàn)的程序。

比如天氣預(yù)報，分析全球變暖的原因，研究疫苗接種政策對疾病傳播的影響。

現(xiàn)在，她的團隊正在開發(fā)更強大的基本模型，可以處理各種數(shù)據(jù)，如數(shù)字，文本，圖像，視頻等。

也許幾年后，科研人員就可以用它來快速地分析數(shù)據(jù)，提出假設(shè)，把更多的精力留給腦洞大開的創(chuàng)造性工作。

但她也強調(diào)：AI永遠是助手，而非替代者。

「人類的創(chuàng)造力是不可替代的，我們的目標(biāo)是讓AI幫助做雜活！」

Rose Yu（虞琦）

Rose Yu是加州大學(xué)圣地亞哥分校。（UC San Diego）計算機科學(xué)與工程系副教授。在Hall，她是AI團隊的核心成員?c?o?lu數(shù)據(jù)科學(xué)研究所就職。

對于AI推動科學(xué)發(fā)現(xiàn)，她的研究興趣主要在于機器學(xué)習(xí)，尤其是對大規(guī)模時空數(shù)據(jù)的處理和分析。

曾獲美國總統(tǒng)青年科學(xué)家和工程師獎（PECASE），還獲得了DARPA青年教師獎、歐洲早期科學(xué)與工程獎、（ECASE）、美國國家科學(xué)基金會（NSF）杰出青年獎，赫爾曼獎學(xué)金，摩根大通，Meta、公司授予的教師獎，如谷歌、亞馬遜和Adobe。

Yu多次獲得最佳論文獎，并獲得南加州大學(xué)（USC）最佳博士論文獎。在35歲以下的AI領(lǐng)域，她還被《麻省理工科技評論》評為開創(chuàng)者。

參考資料：

https://www.quantamagazine.org/improving-deep-learning-with-a-little-help-from-physics-20250423/

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