在工程和科學(xué)領(lǐng)域，偏微分方程扮演著舉足輕重的角色。在一項最新研究中，美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一款名為“微分映射算子學(xué)習(xí)”（DIMON）的新人工智能（AI）模型，其能在個人電腦上解出復(fù)雜的偏微分方程，速度比以往快數(shù)千倍，有望在航空航天、汽車和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域“大顯身手”。相關(guān)論文發(fā)表于9日出版的《自然·計算科學(xué)》雜志。

  偏微分方程是常見的數(shù)學(xué)難題。人們借助這些方程，將現(xiàn)實世界的場景轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，以預(yù)測物體或環(huán)境未來可能出現(xiàn)的變化。例如，工程師用其來設(shè)計更安全的汽車、更具彈性的航天器以及更堅固的橋梁；醫(yī)生則用其來更準確地預(yù)測心臟問題。

  在一項演示中，團隊利用偏微分方程來研究心律失常。當(dāng)心臟因電信號紊亂而出現(xiàn)不規(guī)則跳動時，就會發(fā)生心律失常。他們在1000多個真實患者的數(shù)字心臟模型上，測試了DIMON的性能。結(jié)果顯示，該模型準確預(yù)測了不同心臟結(jié)構(gòu)中的電信號通路，為治療心臟病提供了有力支持。

  以往解決方案速度較慢。從掃描患者心臟、求解偏微分方程，到預(yù)測患者心源性猝死的風(fēng)險并提出最佳治療方案，大約需要一周時間。而DIMON則將計算時間從數(shù)小時縮短到30秒，極大加快了心臟病預(yù)測的速度。

  研究團隊強調(diào)，DIMON使用AI來預(yù)測物理系統(tǒng)在不同形狀下的行為，幾乎可解決科學(xué)或工程領(lǐng)域的任何問題，例如碰撞測試、骨科研究等領(lǐng)域涉及的多種幾何形狀的偏微分方程，以及與形狀、力和材料變化相關(guān)的復(fù)雜問題。（記者劉霞）