鵝妹子嚶，天才數(shù)學(xué)家陶哲軒搞數(shù)學(xué)研究，已經(jīng)離不開普通人手里的“數(shù)學(xué)菜雞”GPT 了！
就在他最新解決的一個數(shù)學(xué)難題下面，陶哲軒明確指出自己“使用了 GPT-4”，后者給他提出了一種可行的解決方法。
借助 GPT-4，他不僅成功地突破了這一難題，還將答案分享在了 MathOverflow 上：
它給我提供了最終的解題思路，接下來我只需要繼續(xù)計算就行。
為了給更多數(shù)學(xué)家分享用 GPT-4 工作的便利性，陶哲軒還將自己的聊天記錄 po 了出來，里面完整地記載了他和 GPT-4 的對話。
可以看見，在這份聊天記錄中，他把 GPT-4 稱呼為“專業(yè)數(shù)學(xué)合作者”，而不僅僅是一個普通的數(shù)學(xué)助手。
這個身份屬實不一般了，不知道之后陶哲軒寫論文的時候會不會把 GPT-4 列為共同作者（手動狗頭）。
不僅如此，戳對話記錄底部的“continue this conversation”按鈕，還能一鍵把對話記錄導(dǎo)入自己的 ChatGPT 中，突然闖入人類大師和 AI 的交談。
陶哲軒解決了什么新問題？
陶哲軒研究的問題，是一個兩天前在數(shù)學(xué)網(wǎng)站 MathOverflow 上更新的提問。
這個名叫“優(yōu)雅的遞歸之 A301897”問題，具體長這樣：
其中，A301897 是一個被整數(shù)數(shù)列網(wǎng)站 OEIS 收錄的數(shù)列：
這個數(shù)列中有一系列來自長度為 n 的排列 b 的數(shù)，它們有一個共同點，就是滿足 Diaconis-Graham 不等式且等號成立。
Diaconis-Graham 不等式由戴康尼斯（Persi Diaconis）和葛立恒（沒錯，就是“最大數(shù)”之父 Ronald Graham）于 1977 年共同提出，屬于概率統(tǒng)計方面的研究。
顯然，這一大段提問中不僅夾雜著大量專業(yè)數(shù)學(xué)公式，而且還涉及需要跳轉(zhuǎn)的網(wǎng)頁資料。
作為數(shù)學(xué)公認(rèn)不太好的“數(shù)學(xué)菜雞”，GPT-4 真的能像一名專業(yè)數(shù)學(xué)家那樣快速讀懂公式、給出解決問題的專業(yè)建議嗎？
事實上，相比直接把問題復(fù)制粘貼給 GPT-4，陶哲軒做了三件事：
首先，做一些提示工程，明確 GPT-4 的“身份”和“目標(biāo)”。其中身份是“一個擅長給技巧性建議的數(shù)學(xué)合作專家”，目標(biāo)是“提供一些建議”而非解決問題。
然后，相比直接把大段公式復(fù)制進(jìn) GPT-4 提問欄（確實可以這樣做），陶哲軒選擇將問題描述轉(zhuǎn)成 Markdown 格式。
最后，涉及需要 GPT-4 自己查找資料的內(nèi)容，陶哲軒將它轉(zhuǎn)變成一個引用注釋，并在結(jié)尾給出網(wǎng)址。
完整的提問過程長這樣：
也就是說，相比讓 GPT-4 直接化身數(shù)學(xué)家去“解決問題”，陶哲軒只是把它當(dāng)成一個提供靈感來源的“專家”，給自己建議一些研究的方向。
GPT-4 很快給出了 8 個具體的建議：
1、理解問題：在深入證明之前，確保你理解了問題中的每一項。如果你不熟悉 Diaconis-Graham 不等式，研究一下它，了解表達(dá)式 a (n) 和 R (n, q) 中的每一項代表什么。
2、簡化表達(dá)：有時候，復(fù)雜的表達(dá)可以被簡化。例如，你可能想看看表達(dá)式中 a (n) 的二項式系數(shù)是否可以簡化，或者是否可以用更簡單的方式計算總和。
3、歸納法：由于 R (n, q) 是遞歸定義的，因此證明猜想的一種自然方法是使用數(shù)學(xué)歸納法。你可能想要證明，如果這個猜想對 n 成立，那么它對 n+1 也成立。
4、生成函數(shù)：另一種方法是使用生成函數(shù)。嘗試找到 a (n) 和 R (n, 0) 的生成函數(shù)，然后證明它們是相等的。這有時可以把一個復(fù)雜的組合問題變成一個更簡單的代數(shù)問題。
5、漸近分析：正如你提到的，分析 a (n) 和 R (n, 0) 的漸近行為可能會對它們的關(guān)系有一些深入的了解。這有時可以用斯特林的階乘近似來實現(xiàn)，或者通過分析表達(dá)式中的主導(dǎo)項來實現(xiàn)。
6、數(shù)值證據(jù)：雖然不是證明，但收集數(shù)值證據(jù)有時可以讓我們了解如何證明一個猜想。因為你有 PARI / GP 代碼，可以用數(shù)值來檢查猜想，你可能想讀一讀每個序列的前幾項，看看是否能發(fā)現(xiàn)任何模式。
7、尋找類似問題：有時，一個問題或猜想是一個已知問題的泛化或變體。在組合文獻(xiàn)中尋找類似的問題或定理，看看它們的證明是否可以適用于這個問題。
8、尋求反饋和合作：不要猶豫，從同事那里尋求反饋，或者在 MathOverflow 這樣的論壇上發(fā)布你的部分結(jié)果。協(xié)作和同行評議通常是解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題的關(guān)鍵。
最終，陶哲軒使用建議 4，也就是生成函數(shù)的方法，成功解決了問題。
當(dāng)然，解決問題的過程并不需要用到 GPT-4，采用 MAPLE 工作表 + 紙筆手動計算就能完成。陶哲軒也嘗試了漸進(jìn)分析（建議 5）的方法，不過事實證明還是用生成函數(shù)更有效。
簡單來說，陶哲軒只是用 GPT-4 給自己提供不同的解題思路，也就是“解題靈感”，但具體怎么解答，也就是更加數(shù)學(xué)的方法，他則不會交給 GPT-4 來完成。
至于“查資料”這種 GPT-4 的應(yīng)用，陶哲軒也發(fā)揮到了極致。
例如在思考問題時，他還會把自己的“靈光乍現(xiàn)”拿出來和 GPT-4 討論一下，例如他覺得這個問題和卡特蘭數(shù)（Catalan numbers）有相似之處，希望 GPT-4 幫他查找一下對應(yīng)的資料。
GPT-4 很快給出了對應(yīng)的回答，這也促使陶哲軒對另一個問題產(chǎn)生了新的靈感。
簡單來說，陶哲軒在短短兩段與 GPT-4 的對話中，展示了數(shù)學(xué)家使用 GPT-4 的正確姿勢 —— 找靈感和查資料。
這樣一來，即使“數(shù)學(xué)菜雞”如 GPT-4，也能成為數(shù)學(xué)家的 AI 助理了。
大佬是怎么玩兒 GPT 的
分享人類大師和 AI 的聊天記錄之余，陶哲軒的乳齒象博文里還附帶著一份貼心指南，是他使用 ChatGPT 和 GPT-4 的經(jīng)驗之談。
根據(jù)他過去的實操經(jīng)驗，最要緊的第一點：
不要試圖讓 AI 直接回答問題，因為這幾乎肯定會得到一些看起來專業(yè)的廢話。
為了避免 GPT 成為廢話文學(xué)大王，行之有效的方案如下：
讓 AI 扮演合作者的角色，而后讓它提供策略建議。
Like this：
除此之外，“數(shù)學(xué)菜雞”GPT，在大數(shù)學(xué)家手里能有什么用處？
陶哲軒大概的意思是醬嬸兒的：
ChatGPT 數(shù)學(xué)能力雖然不咋滴，但對做學(xué)術(shù)研究的人來說是個發(fā)散思維的好工具。
（對普通人來說有點不太專業(yè)，但對搞數(shù)學(xué)的學(xué)術(shù)人員來說剛剛好）
怎么解釋用來“發(fā)散思維”這句話呢？
陶哲軒表達(dá)出來的觀點是，既然 ChatGPT 在具體數(shù)學(xué)問題上給出的答案是不完全正確的，那不如索性發(fā)揮發(fā)揮它生成答案部分正確的特性。
簡而言之，就是讓它幫你找靈感 balabalabla：
在處理數(shù)學(xué)問題時，可以讓 ChatGPT 這類大語言模型做一些半成品的語義搜索工作。
也就是說，ChatGPT 不用提供確切的答案，只用生成一些可能的提示。
這樣一來，依據(jù) GPT 生成的提示 + 傳統(tǒng)搜索引擎搜索，就能很輕松 get 答案。
而且他還自曝，在 GPT-4 發(fā)布之前，他本人就從微軟那里獲得了訪問資格。
也就是和微軟 154 頁《AGI 的火花》論文里同款，未經(jīng)過安全訓(xùn)練但能力更強的滿血版。
從陶哲軒的反饋中可以看到，GPT-4 非常擅長在和人類對話時進(jìn)行一些 cosplay，比如充當(dāng)富有同情心的傾聽者、熱情洋溢的反饋者、富有創(chuàng)造力的靈感來源、翻譯者或教師，或者是魔鬼的代言人。
與此同時，對于 AI 在數(shù)學(xué)研究中的表現(xiàn)，陶哲軒給出的大膽卻又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)言：
當(dāng)與形式證明驗證器、互聯(lián)網(wǎng)搜索和數(shù)學(xué)符號包等工具整合時，2026 年的 AI，如果使用得當(dāng)，將成為數(shù)學(xué)研究中值得信賴的共同作者，而且在許多其他領(lǐng)域也是如此。
除了數(shù)學(xué)研究，GPT-4 已經(jīng)是陶哲軒生活中的全方位小助手了。
他經(jīng)常使用 GPT-4 回答一些隨意、措辭含糊的問題，這些問題以前需要在搜索引擎里精心調(diào)整關(guān)鍵詞才行。
還有位同事，因為親戚拿到重癥診斷而郁郁寡歡。為此，陶哲軒讓大手一揮，讓 GPT-4 洋洋灑灑寫了封慰問信。
結(jié)果呢？同事眼含熱淚，被感動哭了。
最后說回陶哲軒用 GPT-4 解決數(shù)學(xué)難題這事兒上來。
在 MathOverflow 下，有的網(wǎng)友覺得他不應(yīng)該用 GPT 來回答數(shù)學(xué)問題，感覺是個很敏感的話題。
但還是有人表示了資瓷，表示覺得真的是泰庫辣～
陶哲軒倒是毫不避諱地站出來表明了自己的立場，他倒不覺得有啥不好：
現(xiàn)在的擔(dān)憂，跟維基百科流行初期時大家討論的重點也沒啥區(qū)別……
現(xiàn)在在維基百科上 get 初始線索，并且在引為論點時附上鏈接，展現(xiàn)它是我論據(jù)的一部分，都是大伙兒習(xí)以為常的事情。
并且陶哲軒看法還挺堅定，那就是“相信大家以后也會覺得用 GPT 來支持研究，沒啥不妥當(dāng)?shù)哪亍?/strong>～
加入陶哲軒和 GPT-4 的對話：
https://chat.openai.com/share/53aab67e-6974-413c-9e60-6366e41d8414
參考鏈接：
[1]https://mathoverflow.net/questions/449361/elegant-recursion-for-a301897
[2]https://mathstodon.xyz/@tao/110601051375142142
[3]https://finmath.stanford.edu/~cgates/PERSI/papers/77_04_spearmans.pdf
本文來自微信公眾號：量子位 （ID：QbitAI），作者：衡宇 蕭簫
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