若干离散几何问题及反问题的机器证明与可解释性研究
批准号:
12071282
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
冷拓
依托单位:
学科分类:
符号计算与机器证明
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
冷拓
中文摘要
用计算机处理离散数据并在问题的可行解集找出最优解一直是计算机科学的重要组成部分。而在求解过程中的机械化算法构建,早已成为机器证明的重要分支。另一方面,随着图神经网络显示出的巨大潜力,可推理可解释的机器学习模型成为人工智能领域正在寻找的下一代智能范式。本项目将聚焦于用符号计算、数值计算与图神经网络结合的机械化算法求解离散几何中有代表性的几个公开问题及其反问题,如Thomson问题(n≥7),Tammes问题,Erdos-Szekeres问题等;并致力于改进和推广层相关度传播、深度泰勒分解等算法,给出上述机器证明模型的可解释性。因此,本项目也是对符号学派和联结学派融合与交叉的一次探索。获得这些有难度的离散几何公开问题解答不仅本身有积极的数学意义,推进过程中可能产生的一些新的理论和方法也将是计算机科学领域正在引起重视的创新试验而有着很好的应用前景。
英文摘要
It has always been an important part of computer science to process mass discrete data by computers and find the optimal solution from the feasible solution set of the problem. As well, the mechanized algorithm construction plays a vital role as the branch of machine proof. Meanwhile on the other hand, following the enormous potential of graph neural network shown in previous works, reasonable and interpretable machine learning models are also the next-generation intelligence paradigm that the field of artificial intelligence is looking for. We will focus on solving several open problems and related inverse problems in discrete geometry with mechanization algorithms combining symbolic-numerical hybrid computation and graph neural network, such as Thomson problem(n≥7), Tammes problem, Erdos-Szekeres problem, etc. Furthermore, we will work on improving and generalizing algorithms such as Layer-wise Relevance Propagation and Deep Taylor Decomposition, and gives the interpretability of the above machine proof model. Therefore, this project can be considered as an exploration of the fusion and intersection of the symbolist and the connectionist. Obtaining answers to these open questions with significant difficulty of discrete geometry not only has positive mathematical impact in itself, but also some new theories and methods that may arise in the process of advancing will also be innovative experiments that are attracting attention in the field of computer science and have promising application prospects.
用计算机处理离散数据并在问题的可行解集找出最优解一直是计算机科学的重要组成部分,然而长期受制于搜索空间指数爆炸难题。以深度学习技术为代表的人工智能方法革新了各个领域的研究范式,然而基于数据与统计学的归纳式学习依旧囿于推理能力与可解释性的不足。融合传统符号主义方法和现代连接主义方法,构建下一代可解释可推理的人工智能模型,已成为学界业界关注的焦点。.项目组严格按照项目研究内容和年度研究计划的要求,系统性地开展了各项研究工作。本项目主要研究内容为几何问题的形式化表示与自动求解,经过四年的研究与创新,逐渐构建了融合数学形式化、自动推理和人工智能的几何问题形式化求解新框架——FormalGeo。FormalGeo包含几何形式化理论、几何形式化系统、几何问题数据集、形式化几何问题求解器、几何问题解析器和AI辅助几何问题求解器6大部分。我们基于几何形式化理论构建了形式化系统,相关内容已编写为Python软件包。为了验证方法的正确性,我们构建了包含7000道中学常规几何问题的数据集FormalGeo7K和IMO级别几何问题数据集FormalGeo-IMO。我们构建了形式化几何问题求解器,并与现代深度学习结合,构建了一系列用于几何问题求解的神经-符号系统,在FormalGeo7K的解题成功率提升至88.36%。此外,项目组还构建了几何问题解析器FGeo-Parser,搭建了现代几何公理体系与形式化系统之间的桥梁,进一步提升了解题系统的自动化水平。.在项目执行期间,发表研究相关论文15篇,学术交流互访100余人次,指导和培养了19名硕士研究生,顺利完成研究计划。本项目是对符号学派和连接学派融合与交叉的一次探索。获得数学问题的解答不仅本身有积极的意义,推进过程中产生的新理论和新方法也是计算机科学领域内对下一代可推理、可解释人工智能模型的创新试验。项目研究成果为几何定理的机器证明提供了新范式,推动了数学机械化与人工智能的深度融合,为相关领域的理论研究和技术创新奠定了基础。
融合符号推理与超图模型的几何机器证明专题讲习班
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批准号:12326423
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项目类别:数学天元基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2023
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负责人:冷拓
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依托单位:
Thomson问题的机械化算法研究
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批准号:11501352
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2015
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负责人:冷拓
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依托单位:
国内基金
海外基金