蓋世汽車(chē)訊 人工智能的一種形式——機(jī)器學(xué)習(xí)，極大地加快了計(jì)算任務(wù)的速度，并在語(yǔ)音和圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、股票市場(chǎng)交易和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展。在執(zhí)行給定任務(wù)之前，機(jī)器學(xué)習(xí)算法通常需要對(duì)預(yù)先存在的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，以便這些算法能夠?qū)W會(huì)獨(dú)自對(duì)未來(lái)場(chǎng)景做出快速準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。但如果是全新任務(wù)，且沒(méi)有可用于培訓(xùn)的數(shù)據(jù)，這些算法又該如何處理？

據(jù)外媒報(bào)道，日前，美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（National Accelerator Laboratory）的研究人員已證明，通過(guò)教授算法加速器操作背后的基本物理原理，可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)優(yōu)化粒子加速器的性能，且無(wú)需先前數(shù)據(jù)。

（圖片來(lái)源：SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室）

前SLAC研究助理Adi Hanuka表示：“在許多研究領(lǐng)域，如材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、電池研究和粒子物理學(xué)等領(lǐng)域，將物理學(xué)引入機(jī)器學(xué)習(xí)是一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題。”

物理學(xué)教學(xué)人工智能

加速器是強(qiáng)大的機(jī)器，可為電子束或其他粒子束提供能量，且應(yīng)用十分廣泛，包括基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、分子成像和癌癥放射治療。為了獲得給定應(yīng)用的最佳光束，操作員需要調(diào)整加速器以獲得最佳性能。但當(dāng)涉及到大型粒子加速器時(shí)，操作會(huì)因?yàn)樾枰{(diào)整的組件太多而非常具有挑戰(zhàn)性。更復(fù)雜的是，并非所有組件都是獨(dú)立的，這意味著如果要調(diào)整一個(gè)組件，它可能會(huì)影響另一個(gè)組件的設(shè)置。

SLAC最近的研究表明，機(jī)器學(xué)習(xí)可以通過(guò)加快優(yōu)化過(guò)程并找到先前未被發(fā)現(xiàn)的有用加速器設(shè)置給人類(lèi)操作員提供巨大支持。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)還可以幫助診斷粒子束的質(zhì)量，且不會(huì)像其他技術(shù)一樣干擾到粒子束。為了使這些程序起作用，研究人員首先必須訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使用的數(shù)據(jù)來(lái)自先前加速器操作，或計(jì)算機(jī)仿真，或兩者皆有。然而，他們還發(fā)現(xiàn)，將物理模型中的信息與可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以大大減少所需的新數(shù)據(jù)量。

新研究表明，如果對(duì)描述加速器工作原理的物理知識(shí)足夠了解，則實(shí)際上并不需要先前的數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)使用這種方法調(diào)整SLAC的SPEAR3加速器。該加速器可為實(shí)驗(yàn)室的斯坦福同步輻射光源（SSRL）提供動(dòng)力。研究人員說(shuō)，通過(guò)使用直接從基于物理的模型中獲得的信息，他們得到的結(jié)果與通過(guò)使用實(shí)際檔案數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法所獲得的結(jié)果一樣，甚至更好。

該研究的首席研究員、SLAC工作人員科學(xué)家Joe Duris表示：“此次研究結(jié)果是SLAC逐步推動(dòng)開(kāi)發(fā)用于調(diào)整加速器的機(jī)器學(xué)習(xí)工具的最新亮點(diǎn)?！?/p>

預(yù)測(cè)未知

但這并不意味著預(yù)先存在的數(shù)據(jù)沒(méi)有幫助。即使物理性能下降，這些數(shù)據(jù)仍然有用。在SPEAR3案例中，研究人員能夠通過(guò)將其與加速器的實(shí)際數(shù)據(jù)配對(duì)，從而進(jìn)一步改進(jìn)基于物理的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。該團(tuán)隊(duì)還采用該方法改進(jìn)SLAC的直線(xiàn)加速器相干光源（Linac Coherent Light Source，LCLS）X射線(xiàn)激光器的調(diào)諧，其歸檔數(shù)據(jù)可從之前的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中獲得。

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