人工智能驅(qū)動(dòng)科學(xué)創(chuàng)新(AIforScience)帶來的產(chǎn)業(yè)變革與每個(gè)人息息相關(guān)。人工智能作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，其潛力已初現(xiàn)倪端。然而，要想推動(dòng)人類文明的整體躍進(jìn)，人工智能必須與各交叉領(lǐng)域的科學(xué)研究緊密結(jié)合，學(xué)習(xí)科學(xué)原理、創(chuàng)造科學(xué)模型來解決實(shí)際問題，加快科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。本書聚焦于深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)與材料科學(xué)、生命科學(xué)、電子科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)五大領(lǐng)域的交叉融合，通過深入淺出的語言和具體應(yīng)用示例，對(duì)基本概念、技術(shù)原理和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了全面的介紹。
目 錄
第1章 人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)創(chuàng)新 1
第1節(jié) 什么是AI for Science 2
1．生活中的AI與科學(xué)家眼中的AI 2
2．AI for Science的參與角色 4
3．AI for Science的應(yīng)用領(lǐng)域 8
第2節(jié) AI for Science的底層邏輯：科學(xué)創(chuàng)新的新范式 9
1．傳統(tǒng)科學(xué)創(chuàng)新的四種范式 10
2．科學(xué)創(chuàng)新的新范式：人工智能驅(qū)動(dòng) 11
第3節(jié) 為什么要發(fā)展AI for Science 14
1．科研視角：助力搭建平臺(tái)科研模式 15
2．產(chǎn)業(yè)視角：用摩爾定律打破反摩爾定律困境 17
3．政策視角：國家發(fā)展戰(zhàn)略的需求 19
第2章 AI for Science的技術(shù)支撐 21
第1節(jié) 理論：雙科研模式的生長 22
1．牛頓模式與開普勒模式 22
2．雙模式的發(fā)展瓶頸：維度災(zāi)難 24
3．人工智能助力解決科研瓶頸 26
第2節(jié) 數(shù)據(jù)：在科技發(fā)展中加速積累 28
1．科技的進(jìn)步推動(dòng)科研數(shù)據(jù)加速積累 28
2．人工智能的發(fā)展推動(dòng)科研數(shù)據(jù)加速積累 32
第3節(jié) 算法：理論模型的實(shí)踐和落地 37
1．機(jī)器學(xué)習(xí)算法促進(jìn)維度災(zāi)難問題的解決 37
2．大語言模型帶來全新的科研機(jī)遇 39
第4節(jié) 算力：基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)進(jìn)步 41
1．算力基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展歷程 42
2．AI for Science算力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè) 44
第3章 AI與材料科學(xué) 47
第1節(jié) “AI+材料科學(xué)”的發(fā)展背景 48
1．AI對(duì)材料研發(fā)模式的革新 49
2．“AI+材料科學(xué)”的推進(jìn)器：材料基因工程 51
第2節(jié) “AI+材料科學(xué)”的落地應(yīng)用 53
1．傳統(tǒng)材料：金屬、有機(jī)等材料的開發(fā)和應(yīng)用 54
2．新型材料：納米、超導(dǎo)等材料的發(fā)現(xiàn) 56
第3節(jié) “AI+材料科學(xué)”的相關(guān)技術(shù) 58
1．高通量材料計(jì)算模擬 58
2．高通量材料制備與表征 60
3．材料服役行為高效評(píng)價(jià) 61
4．專用材料數(shù)據(jù)庫 62
第4節(jié) “AI+材料科學(xué)”的產(chǎn)業(yè)圖譜 63
1．AI能力支持端 63
2．模擬計(jì)算軟件 67
3．材料廠商 69
4．相關(guān)專用數(shù)據(jù)庫 70
第5節(jié) “AI+材料科學(xué)”的政策啟示 72
1．面向“卡脖子”材料開展重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān) 73
2．將人工智能技術(shù)作為材料基因組工程建設(shè)的重要內(nèi)容 74
第4章 AI與生命科學(xué) 77
第1節(jié) “AI+生命科學(xué)”的發(fā)展背景 78
1．AI催生生命科學(xué)研發(fā)新模式 78
2．“AI+生命科學(xué)”的發(fā)展脈絡(luò) 82
第2節(jié) “AI+生命科學(xué)”的落地應(yīng)用 87
1．藥物研發(fā)領(lǐng)域的AI應(yīng)用 87
2．基因測(cè)序和編輯領(lǐng)域的AI應(yīng)用 90
3．合成生物學(xué)的AI應(yīng)用 93
第3節(jié) “AI+生命科學(xué)”的相關(guān)技術(shù) 96
1．藥物研發(fā)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù) 96
2．基因測(cè)序和編輯領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù) 98
3．合成生物學(xué)的相關(guān)技術(shù) 101
第4節(jié) “AI+生命科學(xué)”的產(chǎn)業(yè)圖譜 104
1．AI與制藥 104
2．AI與基因測(cè)序和編輯 107
3．AI與合成生物學(xué) 109
第5節(jié) “AI+生命科學(xué)”的政策啟示 111
1．促進(jìn)以生命科學(xué)為中心的跨界合作與人才流動(dòng) 111
2．加快建設(shè)生物學(xué)數(shù)據(jù)庫 112
3．強(qiáng)化生物安全與生物倫理監(jiān)管 113
第5章 AI與電子科學(xué) 115
第1節(jié) “AI+電子科學(xué)”的發(fā)展背景 116
1．從摩爾時(shí)代到后摩爾時(shí)代 116
2．深度摩爾定律與超摩爾定律 119
第2節(jié) “AI+電子科學(xué)”的落地應(yīng)用 121
1．AI賦能芯片設(shè)計(jì) 121
2．AI賦能芯片制造 125
3．AI賦能芯片檢測(cè) 126
4．AI賦能芯片材料研發(fā) 127
第3節(jié) “AI+電子科學(xué)”的相關(guān)技術(shù) 129
1．芯片設(shè)計(jì)中的AI技術(shù) 129
2．芯片制造中的AI技術(shù) 130
3．芯片封測(cè)中的AI技術(shù) 132
4．芯片材料研發(fā)中的AI技術(shù) 132
第4節(jié) “AI+電子科學(xué)”的產(chǎn)業(yè)圖譜 134
1．材料與設(shè)備端 134
2．芯片設(shè)計(jì)端 136
3．芯片制造端 140
第5節(jié) “AI+電子科學(xué)”的政策啟示 144
1．加快半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)產(chǎn)品替代 144
2．政策引導(dǎo)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈跨領(lǐng)域協(xié)作 146
3．加快AI芯片制造落地 146
第6章 AI與能源科學(xué) 149
第1節(jié) “AI+能源科學(xué)”的發(fā)展背景 150
1．人類利用能源的歷程 150
2．AI對(duì)能源科學(xué)的重要意義 152
第2節(jié) “AI+能源科學(xué)”的落地應(yīng)用 155
1．AI與化石能源科學(xué)研究 155
2．AI與可再生能源科學(xué)研究 159
3．AI與能源轉(zhuǎn)型 170
第3節(jié) “AI+能源科學(xué)”的相關(guān)技術(shù) 176
第4節(jié) “AI+能源科學(xué)”的產(chǎn)業(yè)圖譜 178
1．資源的勘查與提取 178
2．能源的加工/轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存 179
3．能源的終端輸送與應(yīng)用 180
第5節(jié) “AI+能源科學(xué)”的政策啟示 182
1．確保“AI+能源系統(tǒng)”的可持續(xù)性、安全性和可靠性 183
2．推動(dòng)能源數(shù)據(jù)的開放和共享 184
3．提升AI系統(tǒng)在能源行業(yè)中的互操作性與標(biāo)準(zhǔn)化 184
第7章 AI與環(huán)境科學(xué) 187
第1節(jié) “AI+環(huán)境科學(xué)”的發(fā)展背景 188
1．AI技術(shù)為環(huán)境科學(xué)引入新的價(jià)值和機(jī)遇 188
2．AI技術(shù)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò) 190
第2節(jié) “AI+環(huán)境科學(xué)”的落地應(yīng)用 192
1．智能環(huán)境監(jiān)測(cè) 192
2．智能污染治理 194
3．智能碳減排 196
第3節(jié) “AI+環(huán)境科學(xué)”的相關(guān)技術(shù) 197
1．環(huán)境地理與GIS技術(shù) 197
2．環(huán)境數(shù)據(jù)獲取與遙感技術(shù) 199
第4節(jié) “AI+環(huán)境科學(xué)”的產(chǎn)業(yè)地圖 200
1．研發(fā)與咨詢 200
2．應(yīng)用與推廣 203
第5節(jié) “AI+環(huán)境科學(xué)”的政策啟示 205
1．AI技術(shù)輔助制定重大環(huán)境污染問題應(yīng)急響應(yīng)方案 206
2．開放公共環(huán)境數(shù)據(jù)資源 207
第8章 AI for Science的危與機(jī) 209
第1節(jié) AI for Science的機(jī)遇 210
1．復(fù)用AI生產(chǎn)力的紅利 210
2．大模型的巨大潛力 212
3．跨學(xué)科交融與開源生態(tài)的完善 214
第2節(jié) AI for Science的挑戰(zhàn) 215
1．科學(xué)結(jié)果的可解釋性 215
2．科研協(xié)作的制度挑戰(zhàn) 218
3．科研成果的落地轉(zhuǎn)化 220
第3節(jié) 生態(tài)展望：“平臺(tái)科研”模式的四梁N柱 222
1．磚瓦：科學(xué)智能的建設(shè)基礎(chǔ) 222
2．四梁：AI驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)系統(tǒng) 224
3．N柱：國家戰(zhàn)略的支撐應(yīng)用 225
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