衡宇 蕭簫 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

鵝妹子嚶，天才數學家陶哲軒搞數學研究，已經離不開普通人手里的“數學菜雞”GPT了！

【資料圖】

就在他最新解決的一個數學難題下面，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計算就行。

為了給更多數學家分享用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“專業數學合作者”，而不僅僅是一個普通的數學助手。

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，是一個兩天前在數學網站MathOverflow上更新的提問。

這個名叫“優雅的遞歸之A301897”問題，具體長這樣：

其中，A301897是一個被整數數列網站OEIS收錄的數列：

這個數列中有一系列來自長度為n的排列b的數，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”之父Ronald Graham）于1977年共同提出，屬于概率統計方面的研究。

顯然，這一大段提問中不僅夾雜著大量專業數學公式，而且還涉及需要跳轉的網頁資料。

作為數學公認不太好的“數學菜雞”，GPT-4真的能像一名專業數學家那樣快速讀懂公式、給出解決問題的專業建議嗎？

事實上，相比直接把問題復制粘貼給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”。其中身份是“一個擅長給技巧性建議的數學合作專家”，目標是“提供一些建議”而非解決問題。

然后，相比直接把大段公式復制進GPT-4提問欄（確實可以這樣做），陶哲軒選擇將問題描述轉成Markdown格式。

最后，涉及需要GPT-4自己查找資料的內容，陶哲軒將它轉變成一個引用注釋，并在結尾給出網址。

完整的提問過程長這樣：

也就是說，相比讓GPT-4直接化身數學家去“解決問題”，陶哲軒只是把它當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，了解表達式a(n)和R(n, q)中的每一項代表什么。

2、簡化表達：有時候，復雜的表達可以被簡化。例如，你可能想看看表達式中a(n)的二項式系數是否可以簡化，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學歸納法。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：另一種方法是使用生成函數。嘗試找到a(n)和R(n, 0)的生成函數，然后證明它們是相等的。這有時可以把一個復雜的組合問題變成一個更簡單的代數問題。

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，或者通過分析表達式中的主導項來實現。

6、數值證據：雖然不是證明，但收集數值證據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，看看是否能發現任何模式。

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這樣的論壇上發布你的部分結果。協作和同行評議通常是解決復雜數學問題的關鍵。

最終，陶哲軒使用建議4，也就是生成函數的方法，成功解決了問題。

當然，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分析（建議5）的方法，不過事實證明還是用生成函數更有效。

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，也就是更加數學的方法，他則不會交給GPT-4來完成。

至于“查資料”這種GPT-4的應用，陶哲軒也發揮到了極致。

例如在思考問題時，他還會把自己的“靈光乍現”拿出來和GPT-4討論一下，例如他覺得這個問題和卡特蘭數（Catalan numbers）有相似之處，希望GPT-4幫他查找一下對應的資料。

GPT-4很快給出了對應的回答，這也促使陶哲軒對另一個問題產生了新的靈感。

簡單來說，陶哲軒在短短兩段與GPT-4的對話中，展示了數學家使用GPT-4的正確姿勢——找靈感和查資料。

這樣一來，即使“數學菜雞”如GPT-4，也能成為數學家的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的經驗之談。

根據他過去的實操經驗，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的廢話。

為了避免GPT成為廢話文學大王，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，“數學菜雞”GPT，在大數學家手里能有什么用處？

陶哲軒大概的意思是醬嬸兒的：

ChatGPT數學能力雖然不咋滴，但對做學術研究的人來說是個發散思維的好工具。

（對普通人來說有點不太專業，但對搞數學的學術人員來說剛剛好）

怎么解釋用來“發散思維”這句話呢？

陶哲軒表達出來的觀點是，既然ChatGPT在具體數學問題上給出的答案是不完全正確的，那不如索性發揮發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：

在處理數學問題時，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GPT生成的提示+傳統搜索引擎搜索，就能很輕松get答案。

而且他還自曝，在GPT-4發布之前，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，未經過安全訓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行一些cosplay，比如充當富有同情心的傾聽者、熱情洋溢的反饋者、富有創造力的靈感來源、翻譯者或教師，或者是魔鬼的代言人。

與此同時，對于AI在數學研究中的表現，陶哲軒給出的大膽卻又嚴謹的預言：

當與形式證明驗證器、互聯網搜索和數學符號包等工具整合時，2026年的AI，如果使用得當，將成為數學研究中值得信賴的共同作者，而且在許多其他領域也是如此。

除了數學研究，GPT-4已經是陶哲軒生活中的全方位小助手了。

他經常使用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整關鍵詞才行。

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解決數學難題這事兒上來。

在MathOverflow下，有的網友覺得他不應該用GPT來回答數學問題，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：

現在的擔憂，跟維基百科流行初期時大家討論的重點也沒啥區別……現在在維基百科上get初始線索，并且在引為論點時附上鏈接，展現它是我論據的一部分，都是大伙兒習以為常的事情。

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，沒啥不妥當的呢”～

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

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