2024年度诺贝尔物理学奖授予美国的霍普菲尔德和加拿大的辛顿

文摘   2024-10-08 18:33   广东  
就在刚刚,瑞典皇家科学院宣布,将 2024 年诺贝尔物理学奖授予美国的霍普菲尔德和加拿大的辛顿。

约翰·J·霍普菲尔德
美国新泽西州普林斯顿大学

杰弗里·E·辛顿
加拿大多伦多大学

他们的主要贡献是——

推动利用人工神经网络进行机器学习的基础性发现和发明。
https://www.nobelprize.org/

据诺奖委员会的介绍,今年的两位诺贝尔物理学奖得主利用物理学工具开发出的方法,为当今强大的机器学习奠定了基础。约翰·霍普菲尔德 (John Hopfield) 发明了一种联想记忆,可以存储和重建图像和其他类型的数据模式。杰弗里·辛顿 (Geoffrey Hinton) 发明了一种可以自主查找数据属性的方法,从而执行诸如识别图片中特定元素等任务。

当我们谈论人工智能时,我们通常指的是使用人工神经网络的机器学习。这项技术最初的灵感来自大脑的结构。在人工神经网络中,大脑的神经元由具有不同值的节点表示。这些节点通过可以比作突触的连接相互影响,这些连接可以变得更强或更弱。网络的训练方式是,例如在具有同时高值的节点之间建立更强的连接。今年的获奖者从 1980 年代开始就对人工神经网络进行了重要的研究。

约翰·霍普菲尔德发明了一种网络,它使用一种保存和重新创建模式的方法。我们可以将节点想象成像素。霍普菲尔德网络利用物理学来描述材料由于原子自旋而产生的特性——这种特性使每个原子都成为一个微小的磁铁。整个网络的描述方式相当于物理学中自旋系统的能量,并通过寻找节点之间连接的值来进行训练,以便保存的图像具有较低的能量。当霍普菲尔德网络被输入扭曲或不完整的图像时,它会有条不紊地处理节点并更新它们的值,从而降低网络的能量。因此,网络逐步找到与输入的不完美图像最相似的保存图像。
杰弗里·辛顿 (Geoffrey Hinton)以霍普菲尔德网络为基础,创建了一个采用不同方法的新网络:玻尔兹曼机。它可以学习识别给定类型数据中的特征元素。辛顿使用了统计物理学的工具,统计物理学是一门由许多相似组件构建的系统科学。通过输入机器运行时很可能出现的示例来训练机器。玻尔兹曼机可用于对图像进行分类,或创建训练模式类型的新示例。辛顿在此基础上继续发展,帮助开启了机器学习的爆炸式发展。
“获奖者的工作已经产生了巨大的效益。在物理学领域,我们将人工神经网络应用于广泛的领域,例如开发具有特定属性的新材料,”诺贝尔物理学奖委员会主席 Ellen Moons 说道。
下面简要对两位科学家的主要经历和科学贡献做一个介绍。

约翰·约瑟夫·霍普菲尔德

约翰·约瑟夫·霍普菲尔德(John Joseph Hopfield,1933 年 7 月 15 日出生)是一位物理学家和生物学家,以其对理论神经科学和人工神经网络研究的贡献而闻名。

主要人生经历:

  • 教育背景:霍普菲尔德就读于斯沃斯莫尔学院,并于 1958 年获得康奈尔大学物理学博士学位。

  • 学术生涯:他曾在加州理工学院和普林斯顿大学等多所著名学府担任教职。

  • 跨学科工作:尽管霍普菲尔德的职业生涯始于物理学,但后来转向生物物理学和计算神经科学领域。


科学贡献:

  1. Hopfield 网络:他最著名的贡献是 1982 年开发了Hopfield 网络,这是一种循环人工神经网络。这项工作为理解联想记忆和使用神经网络解决优化问题奠定了基础。

  2. 基于能量的模型:他表明可以使用统计力学的概念来描述神经网络,并提出了网络能量景观可以解释其动态和记忆回忆的想法。

  3. 分子生物学贡献:除了在神经网络方面的工作外,霍普菲尔德还对分子生物学做出了重大贡献,特别是与 DNA 复制和蛋白质合成中的校对过程有关的贡献。


杰弗里·埃弗里斯特·辛顿

杰弗里·埃弗里斯特·辛顿(Geoffrey Everest Hinton,1947 年 12 月 6 日出生)是一位英国裔加拿大认知心理学家和计算机科学家,被称为“深度学习教父”。

主要人生经历:

  • 教育背景:辛顿在剑桥大学学习实验心理学,后来于 1978 年获得爱丁堡大学人工智能博士学位。

  • 职业生涯:他曾在卡内基梅隆大学和多伦多大学等机构担任学术职务。2013 年,他加入谷歌,在推动人工智能研究方面发挥了重要作用。

  • 指导:Hinton 指导过许多人工智能领域的有影响力的人物,包括 Yann LeCun 和 Ilya Sutskever。


科学贡献:

  1. 反向传播和神经网络:Hinton 是 20 世纪 80 年代重新激发人们对神经网络兴趣的关键人物,他展示了反向传播(一种用于训练深度神经网络的算法)的强大功能。

  2. 深度学习:Hinton 在深度学习方面的工作对机器学习的突破至关重要,推动了计算机视觉、自然语言处理和语音识别等领域的重大进步。他在 2006 年开发的深度信念网络(DBN) 对人工智能的现代成功发挥了关键作用。

  3. 胶囊网络:最近,Hinton 提出了胶囊网络,这是卷积神经网络 (CNN) 的替代方案,旨在更好地捕捉数据中的层次关系。

  4. 图灵奖:2018 年,他与 Yann LeCun 和 Yoshua Bengio 一起因其在深度学习领域的工作而获得图灵奖,深度学习改变了人工智能研究。


参考资料


https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2024/press-release/



END



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物含妙理
境自远尘皆入咏,物含妙理总堪寻。
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