近日，上海科學智能研究院聯合北京大學、復旦大學研究團隊正式宣布，團隊設計的多智能體強化學習系統PackingStar，在多個維度刷新了困擾數學界數百年的“親吻數”紀錄，助力實現了數學結構領域的系統性突破。

對于這個平均年齡只有30歲左右的科研團隊來說，這不僅是一項“硬核”的突破，更是一份獻給科學界的“新年禮物”。當千家萬戶在爆竹聲中祈愿新歲時，PackingStar已化身為一艘“宇宙飛船”，帶人類抵達了那些遙不可及的“數學星系”。

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與AI“較勁” 把人類直覺注入算法“血液”

“菲爾茲獎得主Thurston曾留下過一句話，‘數學不是關于數字或算法的，它是關于理解的藝術’。在PackingStar的研究中，我們對這句話有了切身的體會。”上海科學智能研究院AI科學家陶兆巍說道。

1694年，牛頓和格雷戈里在劍橋提出一個問題：在一顆中心球周圍，最多能緊貼放置多少顆相同的球？這就是三維空間的“親吻數問題”。后來，數學家對于“親吻數”的研究拓展到31維乃至更高維度。

“如果把數學看作一個由邏輯法則構成的、近乎無窮的虛空，那么那些真正有意義的數學結構，就像是散落在深空中的零散星系。以往，我們只能靠紙筆和有限的想象力去遠眺；而 PackingStar 就像是我們的‘哈勃望遠鏡與宇宙飛船’，它不僅讓我們看清了那些遙遠結構的輪廓，更帶我們真正抵達了那里。”陶兆巍說。

對于“親吻數問題”這樣的高維組合優化問題，本質上與新材料設計、藥物發現等重大挑戰同屬一類，都要在指數級增長的搜索空間中尋找最優解。長期以來，人類數學家往往依靠對稱性來搜索高維結構。但PackingStar找到的解則往往處于一種奇異的狀態——擁有明確的幾何規則，卻又破壞了全局對稱性。起初，這些結構對于人類如同亂碼，但通過深入分析，團隊發現它們在幾何上不僅是可解釋的，甚至蘊含著新的數學構造邏輯。

“PackingStar真正的意義，不在于它找到了一組漂亮的數據，而在于它開啟了一種‘人機’互促進化的科研范式。人類提供數學直覺和對問題的洞察，然后是AI構造結構和搜索證明，再讓人類理解結果，抽象出理論，并進一步改進自身的直覺和AI的系統。”陶兆巍說。

在這個過程中，數學家的角色發生了根本性的轉變：從繁瑣的計算乃至構造證明的嘗試中解放出來，轉變為“數學觀察者”和“直覺設計者”。

陶兆巍表示，在這個過程中，自己最迷戀的部分其實是那種“智力的拉鋸戰”。“我會和AI較勁。就像是同步出發去搜索寶藏，如果我在某一步比AI表現得更好，我會嘗試把這種人類獨有的直覺轉換成算法，再次注入AI的‘血液’。這種‘互相反哺’的過程，讓AI越來越聰明，也讓我的數學直覺被不斷重塑。”

從規律發現到“無中生有”的科學智能進化

談及為什么要推進這項關于“親吻數”的數學研究，上海科學智能研究院院長漆遠表示，十多年前，他就在思考，人工智能能否發現未知規律。數學正是這樣一類問題的集中體現。

要理解 PackingStar 的意義，可以對比曾在生物學界引起轟動的AlphaFold（蛋白質結構預測模型）。漆遠表示，AlphaFold 可看作“科學智能1.0”的代表，依賴的是海量已知數據。而數學問題幾乎沒有現成訓練數據，需要通過人工智能進行搜索、生成與合成數據，要在“無中生有”的過程中逼近未知結構。這要求人工智能專家與數學家深度協作，任何一方單獨都無法完成突破。

漆遠坦言，這次在數學領域的嘗試，是一次冒險。“更深層的壓力來自行業里一些大數學家的斷言——人工智能在短期內不可能真正解決有意義的數學問題。如果這個判斷是真的，我們的努力或許在一年或兩年之后證明是個失敗。”

2024年1月份，漆遠遇到了正在進行“親吻數”研究的馬成棟，“他講到自己正在研究的問題時，整個人眉飛色舞，流露出那種發自內心的熱愛。作為一個從事人工智能研究的人，他講的那個問題讓我覺得特別有意思。我當時意識到，這可能是一個非常好的切入點。”

這次見面，促成了后續PackingStar項目的推進。“我并不相信大數學家們的那個斷言。但所有的東西都要加上一個時間的期限。我們有可能五年之后能夠做出來，但可能我們給的時間只有三年或者只有一年。所以我們要直面的一個問題是，如何用人工智能來加速這個過程。”漆遠說。

答案是“工程+算力”。漆遠介紹，過去更多是靠人的靈感來發現新的東西、新的結構、新的科學規律。人工智能，是一個工程性的平臺。“我們希望用這種強大的工程性的平臺來加速數學的發現，用工程化的穩定性，來對沖科學發現的不確定性。”

科學家提供問題理解與判斷邊界，AI專家設計搜索與學習機制，工程團隊支撐規模化計算與系統實現，三者緊密協同，構成“AI—科學—工程”的三位一體。在PackingStar的研發過程中，上海科學智能研究院形成的這種協作，標志著科學智能正式進入2.0階段。

站在科技與人文的十字路口

在漆遠看來，頂尖的科學突破往往不只取決于聰明與否，更取決于一種單純的專注和跨界的碰撞。

這讓人聯想到科學史上著名的劍橋大學“老鷹（Eagle）酒吧”——當年，背景迥異的年輕人沃森和克里克就是在那里通過不斷的跨界聊天，最終推開了DNA雙螺旋結構的大門。

如今，在上海徐匯西岸，類似的浪漫正在上演。PackingStar團隊里沒有學科的界限：有研究物理出身、跨界強化學習的馬成棟；有在人工智能與數學之間自由切換，始終保持對生活與審美敏感的陶兆巍；有熱愛戶外、極度自律的李鵬宇……這群年輕人散步在公共藝術裝置之間，突然聯想到 12 維空間的數學最優解，科學、技術與藝術在同一座城市自然交匯。

“PackingStar”這個名字里，藏著兩層深意：第一層是研究本身，在高維空間填充球體，每個球在科學家眼里都像一顆星星；第二層是情懷，在這個團隊里，每一個跨界的年輕人都是一顆新星。

這正是上海在科學智能時代獨特的人文底色。真正動人的創造往往誕生于“科技與人文的十字路口”，在這里，AI不再是“冰冷的”工具，而是合作伙伴。人類定義問題，AI 協助解決，這種“人機協作”的科學研究范式，讓人類能夠更快更深入地探索宇宙的奧秘。

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