继AlphaGo打败世界围棋棋王、攻克堪称全人类最后一座智慧的堡垒后，人工智慧（Artificial Intelligence）的演进未曾停歇。研发人员运用类似的神经网路演算法，在各个专业领域殷勤播种，诸多应用旋即遍地开花——像是新药研制，甚至能自行编写游戏程式的人工智慧等等。如今，人工智慧还坐上化学家的宝座，能解开错综复杂的有机化学反应、探寻有机分子的合成路径。
但是，它没有读过任何有关化学知识的课本，所有规则都是靠自己学习。
- 给AI 鱼吃，不如教它「自己做渔竿」
其实早在1960年代，世界第一个专家系统程式诞生——名为Dendral [参2]，它能从物质的光谱中推断物质的结构，在当时的化学界蔚为风潮。但所谓的专家系统，是利用人类专家的特定知识和逻辑推理程序，搭建专门的程式，来处理特定领域的问题。换言之，喂给系统大量的规则，在程式码中条列庞杂的「如果…其他…（if…else…）」的判断依循（如果条件A发生，则执行甲动作，发生其他条件就执行乙动作） 。那时的Dendral系统，在辨析某些分子族群时，表现并不准确，因此，它必须仰赖人工编写许多的规则，才得以避免判断出「不存在的分子」。显然，与现今的人工智慧演算法相比，专家系统逊色许多，无法冠冕为真正的人工智慧。
然而，与其喂规则给人工智慧依循，何不让它自己学习规则并加以判断、创造出新的结果呢？最生动活泼的例子，莫过于能自己学习编写游戏程式的人工智慧。乔治亚理工学院研究团队创建的演算法，能在不接触游戏程式码的前提下，仅透过观看影片学习，便能写出相仿于知名游戏《超级玛利》的程式[参3]。在科学应用实例中，也有研究团队写出了具有学习力的人工智慧，能从大量的化学反应式中，自己寻找化学合成的规则，并精准判断出某复杂有机化合物的原始组成分子，并发表在科学研究中最高学术殿堂——《自然（Nature）》期刊[参1]。
- AI 也能「逆向思考」
有机化学的合成路径是错综复杂的，每一反应步骤的分子群可以是不同组合，有些反应还需要在某些温度、酸碱值范围内才可以顺利进行。因此解出有机化学的原始组成分子是极其困难的。这一次，研究人员以逆合成分析法（Retrosynthetic Analysis）作为核心精神，打造多合一的神经网路演算法，来
探寻有机分子的合成路径。
逆合成分析，一言以蔽之，就是化学合成中的「逆向思考」。从最终产物去分解、反推合成的分子，发想人EJ Corey，还因此得了诺贝尔奖[参5]。而多年后的今天，这个思考脉络套用在人工智慧里，在测试过程中，超过八成的目标分子都在5秒内被解出；若给它更长的时间，每分子60秒，则它能解出的样本比率高达92% [参1]。
演算法的主轴就在于，究团队结合了蒙地卡罗树搜寻法与多个神经网路，先初次选出目标分子前一步反应的可能组成（不一定为最原始的组成分子，因为有机合成可能涉及多个反应步骤）。接着，其中一个神经网路更往前扩展反应路径，再交由下一个神经网路去反覆推演、评估这些路径的可能性，直到路径达到了终点，没有适切的反应路径可以再往前分解，此时最原始的组成分子被找出
这项演算法的概念与AlphaGo异曲同工，工程师并未替AlphaGo键入任何与围棋有关的知识，只给他「看」棋谱来学习下棋方法。同样地，这位人工智慧化学家，未曾学过与化学有关的知识，它仅从大量的化学反应式中自行推敲箇中道理，建构有机合成的规则。有趣的是，在它第二步拓展反应路径时，就已经筛选出符合LUMO（Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占分子轨域）的反应规则，亦即处在LUMO的电子最可能与其它高能量的电子形成键结，进而合成出分子。但研究人员从未教过它这些。
- AI 让化学家无地自容？
近年来人工智慧的突破，在科学研究领域一展长才，开始匹敌具专业素质的人类专家。这项发明将能革新科研发展的节奏，但也动摇了人们「术业有专攻」根深蒂固的思维。既然人工智慧都能辨析复杂的化学难题了，那毕生从业于化学研究的科学家们又将何去何从？
但此一担忧绝非个案。亘古以来，人们总是拥抱着最新科技却又同时心怀疑虑。蒸汽机的改良引领着工业革命，却也让工人们群起抗议、ATM（自动柜员机）的发明普及了金融服务，却让银行柜员忧心忡忡。人们时常恐慌着自己是否将被机器所汰换。然，这些机器真的侵占着人类的岗位，使得人们无所适从吗？
事实上，时过境迁之后，在当今的社会里可以显而易见：蒸汽机把人类从劳动层级中解放了出来，有更多人可以从事动脑的白领工作，而非单调的粗活；ATM的出现不只没有让现今银行柜员的数量减少，这些行员还能有更充裕的时间拓展业务、替客户做金融咨询等更高端的服务[参4]。因此，人工智慧也将腾出化学家们珍贵的时间与智慧，去挖掘更深层的化学新知。
人们在恐慌之余，不妨试着思索出机器的极限，并不断在自我价值的座标里，重新审视自己的位置。电脑可以输入万有引力的公式，精准算出苹果从树下掉下来所需的时间。但把电脑放在苹果树下，给苹果砸一砸，它是绝对想不出万有引力定律的。
编译来源：” AI designs organic syntheses ” Derek Lowe, Nature, 2018.
参考资料：
[1] Marwin h. S et al., “ Planning chemical syntheses with deep neural networks and symbolic AI ,” Nature, 2018.
[2] Wikipedia Dendral .
[3] 不需要程式码！AI靠一支游戏影片就完美复制《超级玛利欧酷跑》 高敬原，数位时代，2017.
[4] How Computer Automation Affects Occupations: Technology, Jobs, and Skills James E. Bessen, Boston Univ. School of Law , 2016.
[5]Wikipedia Elias James Corey .
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