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闵可夫斯基的AI启发

林一平
2026-08-27
AI语音摘要
00:31

物理学家闵可夫斯基(Hermann Minkowski, 1864~1909)曾以一句名言革新人类对宇宙的理解:「从现在起,空间本身和时间本身注定要变为阴影,只有两者的结合才能保持独立的实体。」他将时间与空间统一为四维时空连续体。

尽管他于1909年逝世,未能见证人工智能的诞生,但他对高维几何与统一框架的洞察,对现代AI的数学基础与概念架构产生深远影响。

闵可夫斯基启示我们,抽象集合可视为具内在结构与几何属性的实体。在机器学习中,數據往往存在于高维特征空间中,例如一张图片由数十万像素构成,可表示为数十万维的矢量。这些维度并非独立,而是共同形成一个连续且整体的几何空间。数据点在此空间中的位置与距离代表數據之间的关联性。这种观点促使研究者运用几何学、拓扑学与流形学习等方法,从高维空间中探索數據实际分布的低维结构。流形学习(Manifold Learning)的核心思想是:虽然数据存在于高维空间,但其本质结构往往嵌于低维非线性流形之中。AI的任务,正是揭露这些潜在流形,寻求数据的简洁几何表示。

闵可夫斯基对距离度量的定义,也成为AI决策机制的数学基础。他提出的闵可夫斯基距离(Minkowski Distance),即p范数(p-norm),为衡量數據差异提供统一框架。当p=1时为曼哈顿距离,适用于特征维度独立的情境;p=2时为欧几里得距离,是聚类、分类与优化演算法的基础,用以计算两点间最短直线距离。在K近邻演算法中,AI便依此距离判断新數據点与已知样本的相似性。这种距离度量已成为AI中表达相似与差异的核心语言。

在相对论的框架中,闵可夫斯基强调对不变量的追求,即在座标变换下保持不变的量,例如时空间隔。这一概念同样启发AI模型在面对旋转、平移或缩放等变化时仍能保持准确判断。例如,卷积神经網絡(Convolutional Neural Network)透过权重共享与池化层实现平移不变性,使模型能識別移动位置的特征;胶囊網絡(Capsule Network)则更进一步,尝试捕捉实体姿态,追求更强的视角不变性。

闵可夫斯基开启物理学的几何化时代,也提醒我们:无论是物理的时空,或AI的特征空间,其深层真理皆隐藏于结构与几何之中。对当代人工智能研究者而言,他留下的不仅是数学工具,更是一种从代数思维转向几何思维的视野,用以理解高维复杂数据的本质。

现为中国医药大学医疗信息学系讲座教授,曾任科技部次长,为ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究兴趣为物联网、移動计算及系统模拟,发展出一套物联网系统IoTtalk,广泛应用于智能农业、智能教育、智能校园等领域/场域。兴趣多元,喜好艺术、绘画、写作,遨游于科技与人文间自得其乐,著有<闪文集>、<大桥骤雨>。
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