上海科学智能研究院：2025年科学智能白皮书.pdf

上海科学智能研究院：2025年科学智能白皮书。面向科学研究的人工智能（AI)创新和 人工智能驱动的科学研究的总和可被定义为 科学智能（AI for Science, AI4S），是体现 了人工智能创新与科学研究双向促进与深度 融合，从而变革科研范式。

科学研究促进人工智能创新。传统科研 范式大致可分为经验归纳（实验科学）、理 论建模（理论科学）、计算模拟（计算科学） 以及数据密集型科学2。实验科学由自然现 象和实验结果归纳出一般性规律，但没有抽 象出经验规律背后的普适理论。理论科学基 于自然现象或实验结果，提炼科学问题并形 成科学假设，然后运用逻辑推理和数学分析， 构建普适理论，但难以在复杂系统中实验验 证。计算科学以科学模型为基础，通过数值 方法模拟复杂系统，但需要简化模型以及提 高模拟精度，以解决模拟系统精度低且计算 成本高的挑战。随着技术的发展和数据规模 的增长，出现了数据密集型科学的研究范式。 这一范式利用机器学习方法，自动从数据中发现统计关联，一定程度上避免了提出科学假设，但无法发现因果关系，且难以分析低 质量数据和发现复杂系统中的规律。当前的 科学研究主要面临系统复杂性的挑战，相互 关联的自然、技术和人类系统受到跨时间和 空间尺度作用力的影响，导致复杂的相互作 用和涌现行为。传统科学研究方法难以应 对这些复杂性挑战，迫切需要新的科学研究 方法。针对复杂数据中的因果关系，发展了 一系列新的因果推断方法。针对高质量科学 数据缺乏问题，如大气数据、天文数据等， 发展了生成式人工智能技术，如扩散模型和 大语言模型。针对处理复杂系统的局限性， 发展了融合先验知识的深度学习，将先验知 识嵌入深度神经网络，在增强模型可解释性 的同时，显著提高模型的泛化能力，如物理 信息神经网络。