2023年12月15日晚18点40分，信息科学前沿与产业创新课程暨信息科学技术学院第二十一期“知存讲座”在北京大学理科教学楼208教室顺利举办。阿里云飞天实验室算法专家傅昆受邀进行了主题为“AI for science：人工智能助力科学发现”的分享。本次活动由信息科学技术学院党委副书记贾方健老师主持。

讲座现场

这次讲座讲述了AI发展和科学技术发展的联系以及前景，主要分为三个方面，分别为简介AI for science（缩写为AI4S）；AI在科学技术发展上的具体应用；以及AI for science的发展前景。重点落在第二方面的应用上。

傅昆主讲

第一方面的讲解内容是简介AI for science。傅老师通过时间轴的方式，回顾了人工智能发展的历程和科学发展的历程，然后通过观察两条时间线的重合，发现人工智能与科学计算的逐渐融合，甚至于到现在的深度融合，不可分割，AI为科学研究提供了更多的劳动价值和灵感，为科学发展提供了十足的动力。

第二方面的讲解内容侧重应用。在简要介绍了AI4S之后，傅老师为同学们具体介绍了其在各个领域的具体应用方式与情况，为我们了解AI的作用做了直观的解释。

应用之一是蛋白质结构预测。在一场蛋白质结构预测的大赛上，著名AI模型AlphaFold预测蛋白质的精度大为突破，震惊世人，就连著名华裔结构生物学家张阳也表示：“虽然有一些心理准备，但是仍然惊讶得目瞪口呆。”说到蛋白质预测，同学们从一开始的蛋白质的结构入手，学习蛋白质的四层结构，了解到蛋白质的本质就是多粒子体系（主要是电磁力）的稳态。根据Anfinsen法则：一级结构决定蛋白质的3D结构。那预测蛋白质的结构，如何建模成机器学习问题呢？其实简化过后，就是输入氨基酸系列即以及结构，经过分析，利用模型（类似Transformer），输出重原子的坐标，当然最重要的就是分析环节了。

对于这个模型的成功，傅老师讲到，这既是方法的成功，也是数据和算力的成功；因为AlphaFold用的数据PDB从1971年开始积累蛋白质3D结构数据，有了数十万的训练样本，并且直到现在，它还在不停的更新换代（AlphaFold-latest）。

应用之二是药物发现和分子生成。生成式AI的快速发展，给药物和分子领域很多启发；就像是给图片逐渐添加噪声，直到生成标准的高斯分布，用来训练模型；那么在反向来看，逐步去掉噪声，就能够恢复高清图片；根据药物作用就是官能团的作用的机理，就可以从治病的机理反过来研究药物；同样的话，可以从头开始设计药物：3D生成，基于扩散模型，逐步生成小分子的药物的原子坐标和类型，且保证一定的成药性和合成性。

应用之三是偏微分方程。说到AI，就不得不提到它的计算能力，这使它在偏微分方程的求解上取得了巨大的成功。一是在天气预报AI for weather forecasting 。传统的天气预报是将时空网格化，设立一系列基于空气动力学，利用热力学的偏微分方程，求解各网格的状态变化；而用纯AI方法，人们可以直接建历时空数据，但是这两种方法的实现都不容易。因此产生了第三种较为方便一些的方法即AI+物理方法，沿用物理模型，用AI加速偏微分方程的数值求解。这样做的优点是可解释性强，目前来说是比较好的方式。二是解薛定谔方程。AI的出现有助于解薛定谔方程，它使用神经网络拟合电子的交换关联泛函，超越人工寻找，当然，整体的框架还是DFT。

应用之四是语言大模型。AI作为科研助手，帮助寻找灵感，减少体力活、杂活。傅老师现场利用AI精讲了一个例子。即如果你想要研发一种新的退烧药，具体到了阿司匹林药物属性，化学属性和生物机理等，可以如何用AI帮忙。该例子生动具体地展示了AI算力的强大，以及它给研究带来的便利与帮助。

对于AI的态度目前是个热门话题。关于人类究竟会不会被AI代替，傅老师给出了自己的见解。他解释道，对于AI，我们需要的态度，是去利用AI来寻找灵感，而不是单纯的相信LLM，AI是为了解放人，而不是替代人。这对于我们以后开发AI，应用AI，都有一些指导性的启发。

第三方面的讲解内容是未来的展望。对于AI而言，它的在科学上的作用就是从AI到假设尝试到实验到观察再总结经验回到AI优化的一个优化闭环的过程。未来的AI在天气预报、电池的节能高效优化、优化化学反应的路径（合成药物，工业冶炼等）、微分方程的神经网络解算器、水电站站址规划、合成电子健康档案生成、粒子碰撞中的稀有事件选择、生物医学序列的语言建模、高通量虚拟筛选、假设空间中的导航、超分辨率三维活细胞的成像、符号递归等等问题上都将大有作为。

在傅老师的讲解过后，同学们对于AI4S的了解以及理解都更加深刻，有了更清晰的认识，并从中了解了现在与未来的发展形势，心里埋下了职业发展规划的小小种子。

同学积极提问交流

在自由交流环节，大家都踊跃提问交流，包括AI创作的版权问题，安全问题，还有一些关于AI发展中汇编语言的兼容问题等等，傅老师结合当前行业状况以及自身的见解一一做了回答。通过这次讲座，同学们也深刻意识到了AI和科技发展相辅相成的关系，傅老师细致具体的举例与解惑让同学们对AI发展更加满怀信心，充满期待。