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谷歌Agent深夜颠覆数学界!陶哲轩联手,解决300年难题或迎"AlphaGo时刻"

大数据文摘  · 公众号  · 大数据  · 2025-05-15 18:30

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  • 优化矩阵运算,将 Gemini 架构关键内核加速 23%,缩短 Gemini 训练时间 1%,节省计算成本并减少工程时间。
  • 优化低级 GPU 指令,将 FlashAttention 内核加速高达 32.5%

矩阵乘法,56 年来首次进步

AlphaEvolve 非常贴近“ 科学家智能体 ”的概念,因为其能主动提出解决复杂数学难题的新思路。


首次,将 4x4 矩阵乘法从 49 次运算减少到 48 次,是 56 年来首次实现, 超越了 Strassen 于 1969 年提出的、长期以来被认为是标杆的经典算法

在计算机科学中,矩阵乘法是最基础且计算密集的运算之一,为了证明推动前沿的能力,研究团队让 AlphaEvolve 试图优化矩阵计算。


传统的矩阵计算对于两个 n×n 的矩阵 A 和 B,需要 O(n^3)次标量乘法(例如,2×22×2 矩阵需 8 次乘法)。当矩阵规模较大时,这种计算复杂度在时间效率上存在瓶颈。


1969 年科学家 Volker Strassen 发现,通过分治策略和减少乘法次数,可以降低矩阵乘法的时间复杂度。于是,他提出了一种递归算法:

将两个 2×22×2 矩阵的乘法从传统的 8 次乘法减少到 7 次,同时通过增加加法和减法的计算来弥补这一差异。

这一思想被扩展后,最终矩阵计算的时间复杂度降低至 O(nlog⁡27)≈O(n2.81)O(nlog27)≈O(n2.81),成为首个突破立方时间复杂度的矩阵乘法算法。


而在此任务中,AlphaEvolve 经过系统性探索后成功发现了一种用于计算 4x4 复数矩阵乘法的高效算法—仅需 48 次标量乘法


如下表所示:

表中总结了计算 𝑚×𝑛 矩阵与 𝑛×𝑝 矩阵乘积所需的标量乘法次数上限,即对应三维张量的秩。AlphaEvolve 针对多种矩阵维度组合⟨𝑚, 𝑛, 𝑝⟩进行了迭代分析测试,对于所有测试的参数组合且 𝑚, 𝑛, 𝑝 ≤ 5 的情况,AlphaEvolve 发现的算法 要么匹配、要么超越了当前已知的最优解决方案。

对于诸如⟨3,4,7⟩、⟨4,4,4⟩以及⟨4,4,8⟩等特定维度组合,AlphaEvolve 发现的算法创新性地运用了复数乘法原理,这些算法不仅适用于复数矩阵,也可高效应用于实数矩阵的精确乘法。

这一成果显著 超越了 Strassen 于 1969 年提出的、长期以来被认为是标杆的经典算法 ,刷新了该领域的已知最佳结果。


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