今年诺贝尔物理学奖，给了两位“朝三暮四”的AI先驱

瑞典皇家科学院10月8日宣布，将2024年诺贝尔物理学奖授予约翰·霍普菲尔德 (John J. Hopfield) 和杰弗里·辛顿 (Geoffrey E. Hinton) ，以表彰他们利用人工神经网络实现机器学习的奠基性发现和发明。

现年91岁的约翰·霍普菲尔德是一位美国物理学家，活跃于生物物理学和统计物理学领域。而76岁的杰弗里·辛顿是一位英裔加拿大籍心理学家和计算机科学家，因其对机器学习发展的贡献而闻名，被称为“AI教父”。有意思的是，两位科学家当年在确定研究方向上，都经历过“一波三折”。

2024年诺贝尔物理学奖得主：约翰·霍普菲尔德（左）和杰弗里·辛顿（右）。图片来自诺贝尔奖官网。

多次“退学”的“AI教父”，辛顿还曾做过木匠

1947年出生于英国的辛顿，来自一个显赫的科学世家。他的曾外祖父乔治·布尔提出布尔代数，奠定了现代计算机科学的基础。

图片来自加拿大多伦多大学官网。

辛顿在高中时，就对大脑的运作机制产生了好奇。为了弄明白大脑是如何工作的，他曾先后攻读物理、化学、建筑学、生理学、哲学，经历了多次退学，多次转专业。1970年，他以剑桥大学国王学院实验心理学学士身份毕业。

因为不太满意本科的学习成果，辛顿毕业后成为了一名木匠。每个周末，他都到图书馆自学，了解大脑的工作原理。1972年，他进入苏格兰爱丁堡大学攻读博士，重回学术之路，师从彼时研究神经网络的希金斯（Christopher Higgins，1923 – 2004）教授，开启人工智能之路。

在当时，人工智能是一个新兴领域，旨在让机器具备人一样的智能，其中的主流流派是“符号人工智能”。这一流派认为用计算机语言把概念、事实、规则和例外情况告诉机器，比如，所有的鸟都会飞，但企鹅和受伤的鸟不会飞，机器就能像人一样辨别和推理。

但在辛顿看来，这太过于机械。他认为让机器具备智能的关键是让它们自己去学习。这种流派后来被称为“机器学习”，当时罕有人相信。

1986年，辛顿与David Rumelhart和Ronald Williams共同发表了一篇题为“通过反向传播误差来学习”的论文，将反向传播算法应用于多层神经网络并且证明了这种方法对机器学习行之有效。

后来，辛顿持续推动神经网络的研究。他的工作不仅包括了玻尔兹曼机的发明，还涉及了分布特征、时延神经网络等多个方面，为深度学习的发展奠定了坚实的理论基础。

尽管在当时，辛顿的研究没有成为主流，但随着计算机硬件的性能大幅提高，计算资源也越来越多，他的理论在实践中充分发展。业内人士称，辛顿的研究几乎是从计算机视觉系统到大语言模型的基础，促使全球迎来新一轮生成式AI革命。

辛顿因在深度学习方面的贡献与约书亚·本希奥（Yoshua Bengio）和杨立昆（Yann Le Cun）一同被授予了2018年的图灵奖。

在诺贝尔物理学奖公布后，辛顿在接受电话采访时表示：“完全没有想到（会颁给我）。”

从物理学转向生物学，霍普菲尔德最终“定情”神经网络

霍普菲尔德于1933年在美国出生。他的父亲和母亲都是物理学家。

1954年，霍普菲尔德获得斯沃斯莫尔学院学士学位。四年后，他获得康奈尔大学物理学博士学位，师从知名物理学家阿尔伯特·奥弗豪泽 (Albert Overhauser ) 。

图片来自普林斯顿大学官网。

霍普菲尔德在贝尔实验室的理论小组工作了两年，随后在加州大学伯克利分校（物理学）、普林斯顿大学（物理学）等学校任教，并再次回到普林斯顿大学，成为分子生物学名誉教授。

霍普菲尔德早期聚焦于物理化学和凝聚态领域研究。后来在贝尔实验室工作期间，对分子生物学产生了浓厚兴趣。再后来，霍普菲尔德对神经科学和计算科学产生了兴趣。

1980年，霍普菲尔德离开了普林斯顿大学，他不愿再研究凝聚态物理研究，接受了加州理工学院（位于南加州帕萨迪纳）的化学和生物学教授职位。在那里，霍普菲尔德可以免费使用计算机资源进行实验，并发展他的神经网络思想。

图片来自诺贝尔奖官网。

1982年，霍普菲尔德提出了一种革命性的网络结构，被称为“霍普菲尔德网络”。这一网络能够存储多个模式（比如图像），并且在给定不完整或有噪音的输入时，能够重构出最相似的存储模式。

正是基于霍普菲尔德网络，辛顿与他的同事利用统计物理学的思想对其进行扩展，构建出神经网络当中的核心技术——玻尔兹曼机（the Boltzmann machine）。它可以学习识别给定类型数据中的特征元素，通过输入机器运行时很可能出现的示例来训练机器。比如，给机器看足够多的猫和狗的图片，它就能学会区分这两类动物，甚至识别它从未见过的新图片。

同一时代，还有许多物理学家利用霍普菲尔德网络，实现了由物理学到神经科学研究的跨越。

10月8日，在诺贝尔物理学奖的颁奖现场，诺贝尔奖评奖委员会表示：“今年的物理学奖得主的突破建立在物理科学的基础上。他们为我们展示了一种全新的方式，让我们能够利用计算机来帮助和指导我们，应对社会面临的许多挑战。”

诺贝尔物理学奖委员会主席 Ellen Moons 表示，“两位获奖者的工作已经产生了巨大的效益。在物理学领域，我们将人工神经网络应用于广泛的领域，例如开发具有特定属性的新材料。”

霍普菲尔德和辛顿将共享1100万瑞典克朗（约合745万元人民币）奖金。

据悉，诺贝尔物理学奖是诺贝尔奖的六个奖项之一，由瑞典皇家科学院每年颁发给在物理科学领域做出杰出贡献的科学家。

官网显示，从1901年至2023年，历史上共颁发了117个诺贝尔物理学奖，共有225位诺贝尔物理学奖得主。其中，47个物理学奖由单人获得，32个物理学奖由两位获奖者共同获得，38个物理学奖由三位获奖者分享。

编辑 张克 审读 伊诺 二审 李怡天 三审 詹婉容