史丹福大學張首晟教授團隊新突破!AI算法自主重現化學元素周期表

2020-12-07 騰訊網

　　藥明康德/報導

　　元素周期表是化學領域最偉大的科學成就之一。人類科學家們經過了將近一個世紀的反覆試驗，才將元素周期表整合成目前的樣子。而近日，史丹福大學的張首晟教授團隊開發了一個新的人工智慧程序，竟然在短短幾個小時內就完成了同樣的行動，在無監督條件下重現了元素周期表。

　　▲AI程序可以找出化學元素間的相關性，從而重現元素周期表（圖片來源：123RF）

　　這個AI程序名為Atom2Vec，它可以從在線資料庫中對化合物名稱進行分析，從而對不同的原子進行區分。然後，該AI系統在無監督條件下，使用自然語言處理的概念來根據元素的化學性質，對它們進行聚集整合。

　　在這裡，研究人員應用了自然語言處理領域的一個概念，即通過語境中在某一單詞周圍出現頻率較高的其他單詞，來理解該單詞的屬性和意義。例如，「國王」這個詞通常伴隨著「王后」這個詞一起出現，而「男人」和「女人」共同出現的頻率也非常之高。然後，AI程序會對已經輸入的自然語言進行解析，將單詞轉化為數學代碼或數學向量的形式。在上面的例子中，「國王」的數學向量就可以大概轉化為「國王=王后-女人+男人」的形式。通過對這些向量進行分析，AI可以在給出其他單詞出現頻率的情況下，對該單詞在文本中出現的頻率進行估計。

　　而這一概念可以同樣應用於原子上。與AI解析單詞和句子不同的是，研究人員並沒有向AI程序中輸入所有的單詞和句子，而是向Atom2Vec輸入了所有已知的化合物形式，如氯化鈉（NaCl）、氯化鉀（KCl）、水（H2O）等。從這些數據中AI程序發現，鉀（K）和鈉（Na）的性質是相似的，因為這兩種元素都可以和氯（Cl）進行結合。這樣一來，Atom2Vec就可以逐漸發現各個元素之間的關係，並逐步重現了我們熟知的元素周期表。

　　▲史丹福大學的張首晟教授（圖片來源：史丹福大學官網）

　　目前，張教授及其團隊已經在研究該AI程序的2.0版本，目的是解決醫學研究中的一個棘手問題：如何設計正確的抗體，來攻擊對於癌細胞具有特異性的抗原，即那些能夠誘導免疫應答的分子。目前，治癒癌症最有前途的方法之一是癌症免疫療法，需要利用特定的抗體，來攻擊癌細胞上的抗原。然而，人體內可以產生超過1000萬抗體，每個抗體都由大約50個不同基因組合而成。

　　「如果我們能夠將這些基因及其組合方式映射到數學向量中，那麼就可以形成一張由抗體組成的『元素周期表』，」張首晟教授表示：「這樣一來，如果你發現一種抗體對某種抗原有效，但是卻因自身毒性無法作為免疫療法的抗體進行使用，這時就可以利用抗體的『元素周期表』尋找另外一種同樣有效但毒性較低的抗體。」

　　參考資料：

　　[1] Stanford AI recreates chemistry’s periodic table of elements

相關焦點

  • AI可獨立發現新的自然法則:斯坦福華人團隊算法復現元素周期表
    但是，距離人們創造出一個能獨立發現新自然法則的 AI 可能還有一段很長的路要走。為了達到這一目標，最近，史丹福大學張首晟團隊創造了一個能重建化學元素周期表的 AI 程序，邁出了人工智慧獨立發現自然規律的第一步。新 AI 程序僅僅用幾個小時就完成了元素周期表的重建。
  • 斯坦福最新研究:用AI重建化學元素周期表
    元素周期表可以說是化學領域最偉大的科學成就之一，人類科學家用了近一個世紀的時間，反覆嘗試才將元素周期表組織成目前的形式。而由史丹福大學物理學教授們開發的一個新型人工智慧（AI）程序，在幾個小時內就完成了同樣的壯舉。
  • 人工智慧程序「重新發現」元素周期表
    新華社華盛頓６月２６日電　經過約一個世紀的摸索和嘗試，人類科學家才把化學史上的偉大科學成就——元素周期表整理成當前的形式。現在，美國史丹福大學的物理學家們開發出一種人工智慧程序，只用幾個小時就「重新發現」了元素周期表。
  • 史丹福大學華人教授張首晟探索神秘「天使粒子」
    史丹福大學華人教授張首晟探索神秘「天使粒子」 2017年07月27日 11:05   來源：人民日報   參與互動
  • 美國史丹福大學講座教授張首晟:人工智慧能做科學發現時才超越人類
    每經記者 莫淑婷 每經編輯 陳俊傑3月25日下午，美國史丹福大學講座教授、中國科學院外籍院士張首晟在2018中國（深圳）IT領袖峰會上發表了題為《量子計算、人工智慧與區塊鏈》的演講。張首晟表示，「當前人工智慧尚處於早期，今後還有非常廣闊的前景，目前最缺少的是數據。」
  • 張首晟歸去:也無風雨也無晴丨人物
    史丹福大學終身教授、著名華人科學家、美國科學院院士、富蘭克林獎章獲得者張首晟教授於當地時間12月1日在美國意外去世，享年55歲。根據張首晟家屬發表的聲明，「張首晟在與抑鬱症鬥爭後意外去世。」張首晟以及其名下的丹華資本專注於投資最具顛覆性的創新科技和商業模式。
  • 斯坦福張首晟團隊:人工智慧用幾小時重新發現元素周期表
    搞定元素周期表近日張首晟等人在新一期美國《國家科學院學報》上報告說，他們基於谷歌公司自然語言處理技術開發出的人工智慧程序Atom2Vec，能通過分析一個在線資料庫中的多種化合物，學會區分不同的原子，整個學習過程沒有人類的幹涉。通過對這些化合物名稱的分析，人工智慧程序發現，鉀和鈉有著類似性質，都可以與滷族元素結合成化合物。
  • 「天使粒子」發現者張首晟逝世
    （資料圖片） 　　2018年12月6日，華裔物理學家、史丹福大學物理學教授張首晟的家人發布聲明，確認張首晟於12月1日因抑鬱症意外去世。張首晟家人在訃告中稱，「在我們得到這一令人震驚的消息時，我們對大家的支持與慰問深表感謝。」　　張首晟，史丹福大學物理學教授、美國物理學會會員、美國藝術與科學學院院士、中國科學院外籍院士。祖籍江蘇高郵。
  • 聯合國宣布2019年為「國際化學元素周期表年」
    ­　　日前在杭州召開的中國化學會第31屆學術年會上，國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)主席周其鳳院士介紹了「IUPAC百年及國際化學元素周期表年」相關活動情況。­　　隨著「國際化學元素周期表年」的臨近，與化學元素周期表相關的話題不斷出現在媒體上。化學元素周期律是如何被發現的？新元素怎麼才能入圍元素周期表？人造元素是否該被納入元素周期表？不斷探尋新元素的意義何在？
  • 張首晟:無人駕駛是AI最好的應用領域
    雷帝網 雷建平 朱旭冬 4月1日報導　　斯坦福教授、人工智慧領域專家張首晟今日在IT領袖峰會上接受鳳凰科技記者和特約嘉賓雷建平採訪時表示，無人駕駛是人工智慧當前最好應用場景之一。　　張首晟表示，由於算法不斷的改進，無人駕駛將會出現日新月異的變化。中國有時會為某項技術制定特殊政策。　　「如果中國搞一些無人駕駛特區，對中國在世界上無人駕駛領域競爭力會提高。」　　張首晟認為，人工智慧領域，在算法層面，美國現在處於領先，但中國網民多，以後會產生更多數據，而且就算在算法層面，中國數學基礎教育非常好，也有很多這方面的人才。
  • 國際化學元素周期表年活動啟動
    (本報記者 張育 攝)　　中化新網訊 2019年是門捷列夫發現元素周期律、編制元素周期表150周年，也是聯合國提出的「國際化學元素周期表年」。為宣傳化學工業為國民經濟和社會發展作出的突出貢獻，推進化學化工科普事業，引導社會公眾提升對化學化工的認知，7月26日，中國石油和化學工業聯合會在瀋陽市舉辦了「國際化學元素周期表年」化工科普交流活動，拉開了以「『元』自化學，『素』造世界」為主題的系列活動的序幕。　　中國石油和化學工業聯合會會長李壽生在啟動儀式上致辭。
  • 物理學重大突破:科學家兼投資人張首晟團隊找到「天使粒子」
    張首晟將這一新發現稱為「天使粒子」，這一發現結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達80年的漫長追尋。普通群眾可能暫時難以理解這一發現，但是對基礎物理界來說，這或將開啟一個新的時代。該成果由加利福尼亞大學洛杉磯分校王康隆課題組和美國史丹福大學教授張首晟課題組、上海科技大學寇煦豐課題組等多個團隊共同完成，通訊作者為何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆，均為華人科學家。
  • 化學元素周期表——一場風靡全球的「填空遊戲」
    有人說化學元素周期表是俄國科學家門捷列夫玩紙牌玩出來的，這到底是真是假呢？下面請您跟隨我們一起來了解化學元素周期表的誕生歷程。
  • 物理學家張首晟去世 出生於上海,15歲考入復旦大學
    張首晟是《麻省理工科技評論》「35位35歲科技創新者」榜單的評委，該雜誌新浪官方微博6日上午10時47分也發了一條張首晟去世的相關消息。出生於上海，15歲考入復旦大學張首晟，漢族，美國華裔科學家，祖籍江蘇高郵，1963年生於上海。史丹福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授。
  • 清華x-lab區塊鏈公開課報名 | 史丹福大學終身教授張首晟:In Math...
    這次文摘菌帶來了一個好消息：第四講《In Math We Trust》就要在5月9號開講了，沒報上名的同學可以報名旁聽喲~~先回顧一下前三節課吧課程預告：區塊鏈公開課第四講主題：In Math We Trust導師：張首晟教授時間：2018.5.9 19:00~21:
  • 關於張首晟離世的四個謠言
    今年11月，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授王兵和副教授趙愛迪研究團隊與清華大學助理教授徐勇、教授段文暉以及張首晟合作，成功製備出具有純平蜂窩結構的單層錫烯，並結合第一性原理計算證實了其存在拓撲能帶反轉及拓撲邊界態。
  • 張首晟團隊發現號稱「天使粒子」的馬約拉納費米子
    張首晟鳳凰科技訊 北京時間7月21日消息，美國史丹福大學物理學教授張首晟及其團隊今天凌晨在《科學》雜誌上發表了一項重大發現一個包括史丹福大學科學家在內的研究小組如今表示，他們已經發現了馬約拉納費米子存在的確鑿證據。史丹福大學與加州大學聯手在實驗室對奇特的物質進行了一系列實驗，最終獲得了這一發現。這一研究小組由加州大學歐文分校副教授夏晶和加州大學洛杉磯分校教授王康隆領導，他們根據史丹福大學物理學教授張首晟及其同事提議的計劃實施了這項研究。
  • 華人科學家張首晟團隊發現「天使粒子」 量子計算成為可能
    現在，史丹福大學科學家在內組成的一個團隊已經發現了馬約拉納費米子存在的第一個證據。這個證據是在加利福尼亞大學與史丹福大學合作的一系列實驗中發現。該團隊由加州大學爾灣分校副教授Jing Xia和UCLA教授Kang Wang領銜，並按照其同事兼史丹福大學物理學教授張首晟及其同事提出的計劃。該團隊7月20日在《科學》上公布其結果。「我們的團隊預測了在哪裡可以找到馬約拉納費米子以及尋找『確鑿證據』的實驗特徵。」 研究論文的資深作者之一及理論物理學家張首晟說，「這個發現總結了基礎物理學中最密集的搜索之一，跨越了80年。」
  • 化學元素周期表是怎樣被填滿的?
    可你知道嗎，如今已有150歲高齡的元素周期表仍在「添丁進口」！ 　　目前化學元素周期表由118位元素成員構成，它們根據原子序數從小到大排序排列在一張大體呈長方形的表格中，每一個元素都有其獨特的魅力和存在的意義。
  • 張首晟:「天使」莫名墜落
    物理學界巨子張首晟離世的消息，震驚中文社交媒體，似乎並沒有波及他所任教的史丹福大學校園。12月5日晚，物理系大樓內，寂靜有序。臨近期末，學生們大多埋在並不輕鬆的課業中，教室裡有學生在分組討論。55歲的張首晟曾是「斯坦福最年輕的終身教授」。物理系學生James被採訪時才得知張教授在12月1日自殺的消息，驚訝不已。