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AI for Math:最新进展与未来展望|人工智能与数学读书会第二季第一期

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导语

当人工智能遇见数学,智能与逻辑的边界正被重新定义。本期为人工智能与数学读书会第二季第1期,同济大学数学科学学院长聘副教授陈小杨将以“AI for math”为主线,先介绍人工智能与大模型的基础知识,再从四个层次展开:AI 辅助发现数学规律,AI 攻克 IMO 难题,AI 攻克组合数学难题,AI 迈向自主研究。一场关于智能与逻辑边界的前沿分享,由此开启。

为系统梳理 AI 在科学与数学领域的最新进展,集智俱乐部联合同济大学数学科学学院长聘副教授陈小杨、北京工业大学数学统计学与力学学院副研究员诸葛昌靖共同发起。组织对该主题感兴趣的研究者与探索者共同研读前沿文献、交流研究思路。读书会将于2026年9月22日起,每周二19:30-21:30线上开展,持续8-10周,包含主讲分享与讨论交流,并提供会后视频回放,诚邀相关领域研究者及跨学科兴趣者参与。

报告简介

本报告以“AI for math”为主线,先介绍人工智能与大模型的基础知识,再以四个层次展开:

  1. AI 辅助发现数学规律:通过梯度显著性分析提取关键特征,引导数学家定义“自然斜率”,连接扭结几何与代数不变量。

  2. AI 攻克 IMO 难题:将定理证明转化为马尔可夫决策过程,自动形式化为 Lean 代码,AlphaProof 与 AlphaGeometry2 在 2024 IMO 达到银牌水平。

  3. AI 攻克组合数学难题:Aletheia 基于 Gemini 实现端到端问题求解;OpenAI 推理模型构造 Erdős 平面单位距离猜想的反例,成果获顶尖数学家验证。

  4. AI 迈向自主研究:Moonshine 智能体探索“提出问题—解决问题—自主验证”闭环,提出 Neural Jacobian Conjecture,并在特定条件下独立生成完整证明。


分享大纲

  1. 引言与总览

  • 报告主题:AI for math 的最新进展与未来展望。

  • 四条主线:AI 辅助发现数学规律、AI 攻克 IMO 难题、AI 攻克组合数学难题、AI 迈向自主研究。

  1. 背景知识:人工智能与大模型

  • 人工智能定义与 1956 年达特茅斯会议。

  • 主要流派:符号主义(基于规则)、连接主义(基于数据)。

  • 判别式人工智能与生成式人工智能。

  • 机器学习基本原理:

    • 三要素:数据、算法、模型。

    • 基本思想:构造从输入空间到输出空间的“最佳”映射。

    • 训练步骤:训练数据、训练目标、训练算法。

  • 神经网络:

    • 多层神经网络:输入层、隐含层、输出层。

    • 卷积神经网络:适合图像相关问题。

    • 循环神经网络:适合视频、语音、文本等时序问题。

  • 大模型:

    • 大模型是具有很大参数的神经网络,如 GPT-3 具有 1750 亿参数。

    • 训练流程:预训练、监督微调、人类反馈的强化学习。

  1. AI 辅助发现数学规律

  • 问题背景:扭结的几何不变量(如双曲体积)与代数不变量(如符号差)之间的深层联系难以用传统方法捕捉。

  • 方法:

    • 梯度显著性分析提取 Cusp 几何中经向与纵向平移的关键特征。

    • 引导数学家定义“自然斜率”这一新几何量。

    • 自然斜率成为连接几何与代数不变量的理论桥梁,为严格不等式定理提供核心构造基础。

  1. AI 攻克 IMO 难题

  • 问题建模:将 IMO 定理证明转化为马尔可夫决策过程,每一步推理视为状态转移,目标为达成形式化证明终点。

  • 自动形式化:将百万级自然语言题目转化为 Lean 代码,打通语义理解与形式验证的鸿沟。

  • 成果:

    • AlphaGeometry2 专攻几何,结合符号引擎与神经网络,自动添加辅助线并验证。

    • 2024 年 IMO 综合达到银牌水平,首次实现 AI 奖牌级表现。

  1. AI 攻克组合数学难题

  • Aletheia 智能体:

    • 基于 Gemini 大模型,集成文献检索、逻辑推理,实现端到端数学问题求解闭环。

    • 在 Erdős 问题数据库中自主完成多个开放猜想的严格证明,结果经人类专家确认为新颖且正确。

    • 通过跨文献关联分析,发现多个已被解决但分散未记录的猜想。

  • OpenAI 平面单位距离猜想反例:

    • Erdős 平面单位距离猜想近 80 年未解。

    • OpenAI 内部通用推理模型独立执行反例构造,成功推翻原猜想。

    • 顶尖数学家确认其正确性,菲尔兹奖得主认可其贡献,标志 AI 具备独立研究能力。

    • 成果达到顶刊发表标准。

  1. AI 迈向自主研究

  • 时间线:

    • 2026.5:平面单位距离猜想被证伪;

    • 2026.7:雅可比猜想被证伪;

    • 2026.8:六维球面存在复结构;

    • 2026.9:NS 方程存在爆破解。

  • 同济 deepmath 团队 Moonshine 智能体:

    • 探索 AI 自主生成原创性研究问题的能力。

    • 构建“提出问题—解决问题—自主验证”闭环。

    • 提出 Neural Jacobian Conjecture。

  • 具体结果:

    • 考虑单隐藏层 Affine-ridge Sigmoid 网络,若在整个空间上具有严格正的雅可比行列式,则它必定是全局单射的。

    • 在 N = n + 1(N 为隐藏层神经元数量,n 为输入维度)下,AI 独立生成完整证明。

    • 若 N ≥ n + 2,尚未解决?

  1. 总结与讨论

  • 数学研究的工业化时代即将来临。

  • 人类的创造性思维将成为核心竞争力?


核心概念

  1. 人工智能基础

  • 人工智能、达特茅斯会议、符号主义、连接主义。

  • 判别式人工智能、生成式人工智能。

  • 机器学习、数据、算法、模型、训练、预测。

  • 多层神经网络、卷积神经网络、循环神经网络。

  • 大模型、GPT-3、1750 亿参数。

  • 预训练、监督微调、人类反馈的强化学习。

  1. 数学形式化与自动证明

  • 马尔可夫决策过程、状态转移、形式化证明。

  • Lean 代码、自动形式化、语义理解、形式验证。

  • 机器可验算、可信闭环、多步骤闭环。

  • AlphaProof、AlphaGeometry2、IMO、银牌水平。

  1. 组合数学与开放问题

  • Aletheia、Gemini、文献检索、逻辑推理、端到端闭环。

  • Erdős 问题数据库、开放猜想、跨文献关联分析。

  • Erdős 平面单位距离猜想、反例构造、顶刊发表标准。

  • 菲尔兹奖得主认可、独立研究能力。

  1. 自主研究与新范式

  • Moonshine 智能体、问题自主生成、自主解决、自主验证。

  • Neural Jacobian Conjecture。

  • Affine-ridge Sigmoid 网络、严格正雅可比行列式、全局单射。

  • 雅可比猜想、NS 方程、爆破解、六位/六维球面复结构。

  • 数学研究工业化、人类创造性思维。

  1. 数学背景概念

  • 扭结、几何不变量、代数不变量、双曲体积、符号差。

  • Cusp 几何、经向与纵向平移、梯度显著性分析。

  • 自然斜率、不等式定理、理论桥梁。


主讲人介绍

主讲人:陈小杨,同济大学数学科学学院长聘副教授,国家级青年人才获得者。主要研究方向:AI for math。曾主持国自然基金青年,面上各一项。在Geometry & Topology, Advances in Mathematics, Mathematische Annalen , Mathematische Zeitschrift 等知名期刊发表多篇学术论文,并获得2019 年世界华人数学家联盟最佳论文奖(若琳奖)。陈小杨老师还发起了人工智能与数学读书会,促进了人工智能与数学的交叉融合。

参考文献

  1. Davies A, Veličković P, Buesing L, et al. Advancing mathematics by guiding human intuition with AI. Nature, 2021, 600(7887): 70–74.

  2. Hubert T, Mehta R, Sartran L, et al. Olympiad-level formal mathematical reasoning with reinforcement learning. Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-09833-y.

  3. Feng T, Trinh T, Bingham G, et al. Semi-Autonomous Mathematics Discovery with Gemini: A Case Study on the Erdős Problems. arXiv:2601.22401, 2026.

  4. OpenAI Model disproves discrete geometry conjecture. OpenAI Official Blog, 2026-05.

  5. Chen X, Jiang X. Moonshine: An Autonomous Mathematical Research Agent Centered on Conjecture Generation. arXiv:2606.10806, 2026.

  6. Alpöge L, Claude. The (3, 4, ∞) modular family of 2-tori, completed at its three special points, is a complex structure on S⁶. Preprint, 2026.

  7. Buckmaster T, Alpöge L, et al. Finite-time blow-up for the forced Navier–Stokes equations. arXiv preprint, 2026.


时间信息

⏰ 时间:2026年9月22日(周二)19:30-21:30

线上:腾讯会议

直播:微信视频号 + 集智俱乐部B站号同步放送

感兴趣的朋友请扫码报名加入读书会,报名后可进入学员群参与交流讨论。

直播信息

报名读书会:「人工智能与数学」

为厘清 AI 在科学与数学领域的机遇与局限,集智俱乐部联合同济大学数学科学学院长聘副教授陈小杨、北京工业大学数学统计学与力学学院副研究员诸葛昌靖共同发起。组织对该主题感兴趣的研究者与探索者共同研读前沿文献、交流研究思路。

读书会自2026年9月22日起,每周二19:30-21:30线上开展,持续8-10周,包含主讲分享与讨论交流,并提供会后视频回放,诚邀相关领域研究者及跨学科兴趣者参与。

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报名方式

第一步:微信扫码填写报名信息。

第二步:填写信息后,付费报名。如需用支付宝支付,请在PC端进入读书会页面报名支付:

https://pattern.swarma.org/mobile/study_group/91?from=wechat

第三步:添加运营助理微信,拉入对应主题的读书会社区(微信群)。

PS:

为维护学术交流的专业性与聚焦度,本读书会对讨论内容作如下约定:

我们鼓励围绕数学、人工智能、复杂科学及相关具体问题的深入探讨。为保证讨论质量,请避免发表脱离本期读书会主题、缺乏实证基础或过于空泛的哲学思辨类内容。

若讨论内容明显偏离主题,经主持人提醒后仍未调整,为维护整体学习环境,我们将不得不将该成员请出讨论群,并根据其实际参与进度,对未参与部分按比例办理退费。

感谢您的理解与配合,让我们共同营造一个专注、深入、有收获的共学空间。

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