لقد توصل الباحثون في جوجل كشف النقاب سير عمل جديد لتحسين البرمجيات العلمية باستخدام الذكاء الاصطناعي¹.

قامت الشركة ببناء “أشجار” تطورية من الأدوات البرمجية لستة مهام. كانت “العقد” في كل شجرة عبارة عن برامج فردية تم تقييم أدائها باستخدام معيار قياسي. أنشأ الفريق عقدًا جديدة عن طريق مطالبة أ نموذج لغة كبير (LLM) لتحسين أداء الشخص الحالي. ساعد الباحثون برنامج LLM من خلال تزويده بملخصات للأوراق البحثية والمعرفة المتخصصة وغيرها من المعلومات. وفي كل مهمة، تفوقت بعض البرامج الناتجة على أحدث الأدوات.

تقول جيني تشانج، عالمة الكمبيوتر في جامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر بكندا، والتي صممت برامج باستخدام أساليب مماثلة: “من الرائع حقًا أن نرى شركات كبيرة، مثل جوجل، تستخدم أساليب تطورية لتحقيق اختراقات في مجالات علمية أخرى”. “إنه يمنحني الأمل في أن الاتجاه البحثي الذي أقوم به، عند توسيع نطاقه، يمكن أن يحدث تأثيرًا كبيرًا.”

أجاب باحثو جوجل على أسئلة من طبيعة حول العمل لكنه رفض التعليق بشكل رسمي لأن المخطوطة لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء. ويقول المؤلفون إن الفريق يعمل على إتاحة النظام للعلماء. يمكن العثور على العديد من الأدوات الأمثل متصل.

تطور البرمجيات

العلم يعمل على البرمجيات. يحتاج الباحثون إلى تعليمات برمجية لتحليل البيانات الضخمة، ومحاكاة العمليات المعقدة، وتشغيل الأدوات المتطورة. مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء العام الماضي جزئيًا لـ ألفا فولدوهي منصة تتنبأ بكيفية طي البروتينات. والعديد من هذا القرن الأوراق الأكثر ذكرا وصف برامج البحث.

لكن كتابة البرامج العلمية تستغرق وقتا طويلا وتقنية. يقول إيفان جونسون، اختصاصي الإحصاء الحيوي، ومدير مركز علوم البيانات بجامعة روتجرز في بيسكاتواي بولاية نيوجيرسي، والذي لم يشارك في هذا العمل: “عندما أركز فعليًا على العلوم، فإن 90% من وقتي يكون في البرمجة”. يهدف سير عمل Google الجديد إلى أتمتة العملية من خلال السماح للبرامج بالتطور، والبناء على كل من الأدوات الموجودة والموارد عبر الإنترنت.

قامت جوجل بتحسين نظام طفرة الكود الخاص بها من خلال جعلها تكمل المهام التي تم نشرها على منصة المنافسة لعلوم البيانات Kaggle، واختبار طرق اختيار العقد للتحول، أو مطالبة ماجستير إدارة الأعمال بتغييرها. ثم قام الباحثون بتطبيق الطريقة عبر ستة مجالات علمية. وفي كل واحدة، قاموا بزراعة عدة أشجار تطورية، تحتوي كل منها على ما يصل إلى 2000 عقدة. لقد قاموا بإنشاء العقدة الأولية للشجرة عن طريق مطالبة ماجستير إدارة الأعمال بكتابة برنامج من الصفر، وإخباره بتنفيذ طريقة موجودة، أو الجمع بين طريقتين أو إنشاء طريقة جديدة. عند تعديل برنامج ما، يمكن لـ LLM أيضًا البحث في الأدبيات عن أفكار جديدة. وقد سُمح له بتكرار و”تحوير” أي عقدة في الشجرة، وليس فقط العقدة الأفضل أداءً، مما أدى إلى عملية اكتشاف مفتوحة يمكن أن يتخذ فيها التطور مسارات متعرجة لتحقيق النجاح.

كان التطبيق الأول هو “التكامل المجمع لبيانات تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) للخلية الواحدة”، أي دمج مجموعات بيانات الجينوم المختلفة. أنتج النظام 40 برنامجًا تفوقت في الأداء على أفضل برنامج متاح مكتوب بواسطة الإنسان، يسمى ComBat، الذي طوره جونسون. وكان البرنامج الذي حصل على أعلى الدرجات أفضل بنسبة 14٪. بعد ذلك، استخدموا التطور لتحسين البرامج للتنبؤ بعدد حالات دخول المستشفيات لمرض كوفيد-19 عبر الولايات الأمريكية. وقد تفوقت أفضل المتنبئين لديهم على جميع المتنبئين الآخرين في مركز توقعات كوفيد-19، وهو مستودع لنماذج التنبؤ.

وشملت المهام الأخرى وضع علامات على صور الأقمار الصناعية، والتنبؤ بالنشاط العصبي في أسماك الزرد (الدنمارك ريريو) و”التنبؤ بالسلاسل الزمنية”: عرض كيفية تقدم نقاط البيانات من مختلف المجالات على فترات تتراوح من ثوانٍ إلى سنوات. وفي جميع الحالات الثلاث، تفوقت البرامج المتطورة على البرامج القائمة. في التحدي الأخير، أنشأت Google أشكالًا مختلفة من دالة مشتركة لحل مسائل حساب التفاضل والتكامل. وقد حاول أفضل واحد حل 19 مشكلة فشل فيها الإصدار الأصلي، وحل 17 منها.

توفير الوقت