人工智能驅動科學創(chuàng)新(AIforScience)帶來的產業(yè)變革與每個人息息相關。人工智能作為新一輪科技革命和產業(yè)變革的核心驅動力，其潛力已初現(xiàn)倪端。然而，要想推動人類文明的整體躍進，人工智能必須與各交叉領域的科學研究緊密結合，學習科學原理、創(chuàng)造科學模型來解決實際問題，加快科技成果向現(xiàn)實生產力轉化。本書聚焦于深度學習、強化學習、遷移學習、深度神經網絡等人工智能技術與材料科學、生命科學、電子科學、能源科學、環(huán)境科學五大領域的交叉融合，通過深入淺出的語言和具體應用示例，對基本概念、技術原理和應用場景進行了全面的介紹。
目 錄
第1章 人工智能驅動的科學創(chuàng)新 1
第1節(jié) 什么是AI for Science 2
1．生活中的AI與科學家眼中的AI 2
2．AI for Science的參與角色 4
3．AI for Science的應用領域 8
第2節(jié) AI for Science的底層邏輯：科學創(chuàng)新的新范式 9
1．傳統(tǒng)科學創(chuàng)新的四種范式 10
2．科學創(chuàng)新的新范式：人工智能驅動 11
第3節(jié) 為什么要發(fā)展AI for Science 14
1．科研視角：助力搭建平臺科研模式 15
2．產業(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．科技的進步推動科研數(shù)據(jù)加速積累 28
2．人工智能的發(fā)展推動科研數(shù)據(jù)加速積累 32
第3節(jié) 算法：理論模型的實踐和落地 37
1．機器學習算法促進維度災難問題的解決 37
2．大語言模型帶來全新的科研機遇 39
第4節(jié) 算力：基礎設施的持續(xù)進步 41
1．算力基礎設施的發(fā)展歷程 42
2．AI for Science算力基礎設施的建設 44
第3章 AI與材料科學 47
第1節(jié) “AI+材料科學”的發(fā)展背景 48
1．AI對材料研發(fā)模式的革新 49
2．“AI+材料科學”的推進器：材料基因工程 51
第2節(jié) “AI+材料科學”的落地應用 53
1．傳統(tǒng)材料：金屬、有機等材料的開發(fā)和應用 54
2．新型材料：納米、超導等材料的發(fā)現(xiàn) 56
第3節(jié) “AI+材料科學”的相關技術 58
1．高通量材料計算模擬 58
2．高通量材料制備與表征 60
3．材料服役行為高效評價 61
4．專用材料數(shù)據(jù)庫 62
第4節(jié) “AI+材料科學”的產業(yè)圖譜 63
1．AI能力支持端 63
2．模擬計算軟件 67
3．材料廠商 69
4．相關專用數(shù)據(jù)庫 70
第5節(jié) “AI+材料科學”的政策啟示 72
1．面向“卡脖子”材料開展重點技術攻關 73
2．將人工智能技術作為材料基因組工程建設的重要內容 74
第4章 AI與生命科學 77
第1節(jié) “AI+生命科學”的發(fā)展背景 78
1．AI催生生命科學研發(fā)新模式 78
2．“AI+生命科學”的發(fā)展脈絡 82
第2節(jié) “AI+生命科學”的落地應用 87
1．藥物研發(fā)領域的AI應用 87
2．基因測序和編輯領域的AI應用 90
3．合成生物學的AI應用 93
第3節(jié) “AI+生命科學”的相關技術 96
1．藥物研發(fā)領域的相關技術 96
2．基因測序和編輯領域的相關技術 98
3．合成生物學的相關技術 101
第4節(jié) “AI+生命科學”的產業(yè)圖譜 104
1．AI與制藥 104
2．AI與基因測序和編輯 107
3．AI與合成生物學 109
第5節(jié) “AI+生命科學”的政策啟示 111
1．促進以生命科學為中心的跨界合作與人才流動 111
2．加快建設生物學數(shù)據(jù)庫 112
3．強化生物安全與生物倫理監(jiān)管 113
第5章 AI與電子科學 115
第1節(jié) “AI+電子科學”的發(fā)展背景 116
1．從摩爾時代到后摩爾時代 116
2．深度摩爾定律與超摩爾定律 119
第2節(jié) “AI+電子科學”的落地應用 121
1．AI賦能芯片設計 121
2．AI賦能芯片制造 125
3．AI賦能芯片檢測 126
4．AI賦能芯片材料研發(fā) 127
第3節(jié) “AI+電子科學”的相關技術 129
1．芯片設計中的AI技術 129
2．芯片制造中的AI技術 130
3．芯片封測中的AI技術 132
4．芯片材料研發(fā)中的AI技術 132
第4節(jié) “AI+電子科學”的產業(yè)圖譜 134
1．材料與設備端 134
2．芯片設計端 136
3．芯片制造端 140
第5節(jié) “AI+電子科學”的政策啟示 144
1．加快半導體產業(yè)的國產產品替代 144
2．政策引導進行產業(yè)鏈跨領域協(xié)作 146
3．加快AI芯片制造落地 146
第6章 AI與能源科學 149
第1節(jié) “AI+能源科學”的發(fā)展背景 150
1．人類利用能源的歷程 150
2．AI對能源科學的重要意義 152
第2節(jié) “AI+能源科學”的落地應用 155
1．AI與化石能源科學研究 155
2．AI與可再生能源科學研究 159
3．AI與能源轉型 170
第3節(jié) “AI+能源科學”的相關技術 176
第4節(jié) “AI+能源科學”的產業(yè)圖譜 178
1．資源的勘查與提取 178
2．能源的加工/轉化與儲存 179
3．能源的終端輸送與應用 180
第5節(jié) “AI+能源科學”的政策啟示 182
1．確�！癆I+能源系統(tǒng)”的可持續(xù)性、安全性和可靠性 183
2．推動能源數(shù)據(jù)的開放和共享 184
3．提升AI系統(tǒng)在能源行業(yè)中的互操作性與標準化 184
第7章 AI與環(huán)境科學 187
第1節(jié) “AI+環(huán)境科學”的發(fā)展背景 188
1．AI技術為環(huán)境科學引入新的價值和機遇 188
2．AI技術在環(huán)境科學領域的發(fā)展脈絡 190
第2節(jié) “AI+環(huán)境科學”的落地應用 192
1．智能環(huán)境監(jiān)測 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”的相關技術 197
1．環(huán)境地理與GIS技術 197
2．環(huán)境數(shù)據(jù)獲取與遙感技術 199
第4節(jié) “AI+環(huán)境科學”的產業(yè)地圖 200
1．研發(fā)與咨詢 200
2．應用與推廣 203
第5節(jié) “AI+環(huán)境科學”的政策啟示 205
1．AI技術輔助制定重大環(huán)境污染問題應急響應方案 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 209
第1節(jié) AI for Science的機遇 210
1．復用AI生產力的紅利 210
2．大模型的巨大潛力 212
3．跨學科交融與開源生態(tài)的完善 214
第2節(jié) AI for Science的挑戰(zhàn) 215
1．科學結果的可解釋性 215
2．科研協(xié)作的制度挑戰(zhàn) 218
3．科研成果的落地轉化 220
第3節(jié) 生態(tài)展望：“平臺科研”模式的四梁N柱 222
1．磚瓦：科學智能的建設基礎 222
2．四梁：AI驅動的平臺系統(tǒng) 224
3．N柱：國家戰(zhàn)略的支撐應用 225
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