【野生小科普】人工智能Alpha AI
最近发生的科技事件好多呀，本想全部汇总写在一个小科普里，但篇幅太长了。那么今天就先介绍一下由DeepMind开发的可以预测蛋白质3D结构的AlphaFoldⅡ。
AlphaFoldⅡ
绿色是实验测定结构，蓝色为计算预测结构。可见AlphaFoldⅡ预测结果与现实结构的匹配度很高。
蛋白质是生命活动的基础，所有结构和功能的实现都需要蛋白质。1972年，诺奖得主Christian Anfinsen提出猜想：蛋白氨基酸序列可决定蛋白结构，而结构决定功能。现代生物学很多研究都是建立在这个“序列→结构→功能”的假设上。
目前，测序技术使我们数据库的氨基酸序列存货猛增（【现学现卖】实验-DNA测序【现学现卖】一个完整基因组序列的时代），但是结构和功能层面进展相对较慢，拥有实验测定3D结构的蛋白质非常少。目前常用的实验测定方法为X射线衍射、核磁共振或电子显微镜，这些方法耗时长，成本高，科学家们一直在寻求更好的预测方法。
DeepMind团队多年前开始尝试用人工智能算法解决这个问题，2018年参加国际蛋白质结构预测竞赛（CASP-13）的AlphaFoldⅠ也取得了相当不错的成绩。近年的比赛其预测结果的准确度和得分更是刷了新高，比赛组织者评价其基本解决了预测蛋白质折叠和结构的问题。
FoldⅠ在CASP13中对T09886s2的结构预测流程
简单来说，AlphaFold是利用神经网络和已知的数据（序列对应3D结构）进行训练。首先查询序列与数据库内序列进行多序列比对（MAS：Multiple sequence alignment），分析模拟出氨基酸组件间的距离和扭转角，得到初步预测；接着AlphaFoldⅠ会基于氨基酸序列，创造出一个符合物理规则的随机三维结构，然后用梯度下降法优化初步预测中的各个参数，得到更加准确的结构（FoldⅡ在Ⅰ基础上的改进还没有公开发表，这里的图是Ⅰ论文中的，Ⅱ的内容需等待即将发表的论文）。
上面那段话的图片版
2
Alpha Go
这不是DeepMind第一次走进人们的视线，与其他计算机科学的团队相比，他们的成果近年一直活跃在媒体上。还拍有纪录片《Alpha Go》（还挺感人的，尤其是人类那种“特别想要赢，哪怕一次也就够了”的心理，让我忍不住思考，我们究竟是坚强还是脆弱的生物呢？）。
提到Alpha系列，绕不开的是下围棋的AlphaGo（还有个玩星际争霸Ⅱ的AlphaStar，就不说了）。虚拟环境和游戏是测试人工智能算法最理想的平台。
相较于国际象棋，围棋的变化仿佛神秘的宇宙。在国际象棋中，每个棋子约有20种可选路径，而围棋却有200种，整个棋局变化数目比宇宙的原子总数还多，即使出动全世界的电脑去运行一百万年，这样的算力也不足以计算出所有可能的情形。
这也是为什么2016年AlphaGo以4:1击败李世石时，造成了人类那么大的震撼和紧张。AlphaGo这场胜利与深蓝击败卡斯帕罗夫有不同，它的核心是深度神经网络，主要由三部分构成：走棋网络，估值网络和树搜寻。
走棋网络扫描棋盘，选出候选落子点，根据每个落子点可能产生的变化，构建树状图。然后运用估值网络，分析每种方法获胜几率。AlphaGo的每一步偏向将最终胜率调到最大，而不在乎是否为中盘获胜或者半目险胜。
它的落子有时很有创意，比如与李对局的第二局，第37步。后台计算显示人类会下在这里的概率为一万分之一，可以说是AlphaGo的自创。有趣的是，第四局，李也下了一步后台显示概率为一万分之一的78步，赢得了第四局比赛。
这一万分之一的一步是否可以称之为“神之一手”我不知道，但是人工智能或许可以帮助我们参悟围棋。同理，其他行业也一样。
3
人工智能
人工智能这个概念在各个行业都有应用，它是一个很有力的工具。前几天我还看到利用人工智能总结科技论文。
论文太长不想看，或者找不到重点？这时候可以用这个AI来帮助我们进行一句话总结，还真是挺有趣的。
今天的人工智能和十九世纪的电灯和火车一样，新鲜、厉害、并且让一些人害怕。将人工智能系统人格化的倾向加剧了人们的误解和恐慌，开发者们不得不保证在研究AI的同时，一定也会思考长期影响，在这场变革中负起责任。
但现实是人工智能还处于萌芽阶段，智能家电距离我们比《终结者》的画面近得多。另一方面，我们正在高速的冲向未来，可以看到目前“出圈”的人工智能研究都是跨学科综合研究。团队中的专家各有所长，负责自己的一部分，没有人能做到看清楚一个项目的全貌，更别说预测这个项目成果10年之后对全人类的影响了。所以说，过分惶恐或者等着开发者负起责任什么的，都是没有必要的。
硅基智能和碳基生物的长远未来我无法想象，但是在可预见的时间里，人工智能一定是最有力的帮手，有力到可以替代一批人，这是必然的，也是不用担心的。就好像在采集时代，一个人带着一片能兜住东西的大叶子采果子，第二个人就不必去了，于是他可能在休息的时候学会了生火。
这次的AlphaFold2事件后，有人“担心”施一公，颜宁要失业了。我想他们应该是吃着同伴采回来的果子，兴奋地研究眼前木头的那第二个人，并且很满意自己不用苦哈哈地去采摘了。结构是打开生物功能的钥匙，功能大门之后还另有乾坤。
