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閔可夫斯基的AI啟發

林一平
2026-08-27
AI語音摘要
00:31

物理學家閔可夫斯基(Hermann Minkowski, 1864~1909)曾以一句名言革新人類對宇宙的理解:「從現在起,空間本身和時間本身注定要變為陰影,只有兩者的結合才能保持獨立的實體。」他將時間與空間統一為四維時空連續體。

儘管他於1909年逝世,未能見證人工智慧的誕生,但他對高維幾何與統一框架的洞察,對現代AI的數學基礎與概念架構產生深遠影響。

閔可夫斯基啟示我們,抽象集合可視為具內在結構與幾何屬性的實體。在機器學習中,資料往往存在於高維特徵空間中,例如一張圖片由數十萬像素構成,可表示為數十萬維的向量。這些維度並非獨立,而是共同形成一個連續且整體的幾何空間。數據點在此空間中的位置與距離代表資料之間的關聯性。這種觀點促使研究者運用幾何學、拓撲學與流形學習等方法,從高維空間中探索資料實際分布的低維結構。流形學習(Manifold Learning)的核心思想是:雖然數據存在於高維空間,但其本質結構往往嵌於低維非線性流形之中。AI的任務,正是揭露這些潛在流形,尋求數據的簡潔幾何表示。

閔可夫斯基對距離度量的定義,也成為AI決策機制的數學基礎。他提出的閔可夫斯基距離(Minkowski Distance),即p範數(p-norm),為衡量資料差異提供統一框架。當p=1時為曼哈頓距離,適用於特徵維度獨立的情境;p=2時為歐幾里得距離,是聚類、分類與優化演算法的基礎,用以計算兩點間最短直線距離。在K近鄰演算法中,AI便依此距離判斷新資料點與已知樣本的相似性。這種距離度量已成為AI中表達相似與差異的核心語言。

在相對論的框架中,閔可夫斯基強調對不變量的追求,即在座標變換下保持不變的量,例如時空間隔。這一概念同樣啟發AI模型在面對旋轉、平移或縮放等變化時仍能保持準確判斷。例如,卷積神經網路(Convolutional Neural Network)透過權重共享與池化層實現平移不變性,使模型能辨識移動位置的特徵;膠囊網路(Capsule Network)則更進一步,嘗試捕捉實體姿態,追求更強的視角不變性。

閔可夫斯基開啟物理學的幾何化時代,也提醒我們:無論是物理的時空,或AI的特徵空間,其深層真理皆隱藏於結構與幾何之中。對當代人工智慧研究者而言,他留下的不僅是數學工具,更是一種從代數思維轉向幾何思維的視野,用以理解高維複雜數據的本質。

現為中國醫藥大學醫療資訊學系講座教授,曾任科技部次長,為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬,發展出一套物聯網系統IoTtalk,廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元,喜好藝術、繪畫、寫作,遨遊於科技與人文間自得其樂,著有<閃文集>、<大橋驟雨>。
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