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Anthropic 用 Claude 在 11 天内完成费马大定理首个机器验证的 Lean 形式化证明

Anthropic:Research(发表成果 · 网页)Aioga 编辑团队2026-09-03T16:00:00.000Z热度 72

Anthropic 发布首个完整经计算机验证的费马大定理证明,Claude 在 11 天内大体自主完成形式化,写出 1300 万行 Lean 代码并证明 30,300 个定理(...

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今日 AI 情报摘要

Anthropic 发布首个完整经计算机验证的费马大定理证明,Claude 在 11 天内大体自主完成形式化,写出 1300 万行 Lean 代码并证明 30,300 个定理(最终使用其中

29,500 个),规模超过 Mathlib 5 倍以上。

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我们分享费马大定理的首个完整的计算机检查证明。克洛德在11天内几乎自主地用精益编程语言编写了证明。下面,我们将描述形式化过程,并分享对这项工作对数学研究可能带来的影响的一些想法。大约在1637年,皮埃尔·德·费马在他著的《丢番图算术》边注记下了一个主张,这成为史上最著名的数学猜想之一:对于任意n>2,没有正整数a、b、c满足aⁿ + bⁿ = cⁿ。费马大定理:https://www.youtube.com/watch?v=1BSFyEIY2BY(FLT),这一猜想证明极其困难。1995年安德鲁·怀尔斯爵士提出的第一个证明长达129页,经过数月的艰苦验证。

Formalizing Fermat's Last Theorem

十年后,荷兰计算机科学家Jan Bergstra提出了“形式化”怀尔斯证明:将数学推理转化为计算机能自动检查的形式。从那时起,数学家们一直在开发编码如此复杂证明的方法,包括2024年由帝国理工学院的Kevin Buzzard发起的多年社区努力,利用精益证明Lean_助手完成了形式化:https://lean-lang.org/use-cases/flt/(proof_assistant)。

最近,哥伦比亚大学人类学研究员彭天一,其团队致力于构建人工智能形式化工具,着手测试克劳德是否能取得FLT形式化的进展。结果超出了他的预期。在11天内,克劳德几乎自主地完成了FLT的首个端到端、计算机检查证明。在此过程中,他编写了1300万行精益理论,并证明了29500条中间定理。

我们将所得的证明分享给了 Kevin Buzzard,他说:

自动形式化像FLT这样复杂的证明,是迈向未来数学都能被轻松检验的重要一步。随着人工智能产生越来越多的证明,能够轻松形式化工作,可以减轻评估新结果(这一过程可能需要数年)。我们希望,信任构成数学的知识体系会变得更容易,而非更困难。

不同于最近由人工智能驱动的关于黎曼假设的工作(例如:https://www.anthropic.com/research/riemann-zeta),这些工作产生了新的数学内容,这里的新颖之处在于验证——像使用计算器检查数学计算一样检查数学证明。证明数学定理需要组装复杂的逻辑链,如果其中任何一个环节出错,之后的所有内容都可能是错误的。深入理解一个新的结果并对其正确性有信心,可能需要数月甚至数年的工作。

费马大定理是一个说明性的例子。费马在一本书的页边写下了定理的陈述,并附上一条引人注意的说明:

350 多年来,一代又一代的数学家都在寻找费马大定理的证明,无论是惊人的还是常规的。1908年,为了奖励任何能提出正确证明的人,宣布了10万德国金马克的奖金(相当于今天的100万到200万美元),仅在第一年就产生了621个不正确的尝试。

1993年6月,韦尔斯在为期三天的系列讲座中展示了他认为是第一份正确的费马大定理证明。在几位数学家进行的密集验证工作两个月后,一位审稿人向韦尔斯提出了一个问题,暴露了关键的漏洞。韦尔斯花了一年时间尝试修复,先是独自一人,然后与他的前学生理查德·泰勒合作。当他几乎要放弃这个项目时,他最终意识到自己早先放弃的一种方法可以修复证明。韦尔斯于1995年5月发表了费马大定理的第一份正确证明;该证明依赖于现代数学技术,这些技术远超费马在1637年所知。由于经过数百年的努力仍未找到初等证明,数学界现在认为费马自称的“惊人证明”实际上是不正确的:https://mathenchant.wordpress.com/2016/05/16/fermats-last-theorem-the-curious-incident-of-the-boasting-frenchman/。

检查证明正确性的一种方法是让计算机来做。像 Lean 这样的证明助手可以算法化地验证证明的逻辑,毫无疑问地展示其正确性。对于人类来说,困难的部分是改写证明以便 Lean 能理解。为人类读者编写的证明会跳过许多显而易见的步骤,而 Lean 需要看到每一步,无论多么微不足道。人类的证明也建立在数个世纪的已发表工作之上,而形式化证明则是从已经形式化的数学的一小部分开始。

对于费马大定理(FLT),形式化过程预计将耗费数年时间。仅仅是蓝图:https://imperialcollegelondon.github.io/FLT/blueprint.pdf 数学界用来描述项目初期阶段就有 86 页。

Claude 在 11 天内完成了证明,在此过程中产生了 30,300 个计算机可验证的定理(最终证明中使用了 29,500 个)。数十个 Claude 代理协作定义概念、证明中间定理,并使用这些定理去证明更难的命题。Claude 的证明有 1,300 万行 Lean 代码,其规模超过 Mathlib 的 5 倍,Mathlib 是该定理所依赖的主要社区数学证明库。3

Claude 的证明遵循 Darmon、Diamond 和 Taylor 的 Wiles 证明的简化版本:https://www.math.mcgill.ca/darmon/pub/Articles/Expository/05.DDT/paper.pdf。人类数学输入仅限于 Tianyi 的偶尔高级指令:“Jacobian 作为一个 scheme 看起来优先级很高”,“尽快完成 [Mazur 定理]”。你可以在这里找到 Claude 思考的摘录:https://www-cdn.anthropic.com/9e431dff043da6538d99d6c2d231b670aa3da263.pdf。

Claude 在意识到自己刚刚完成的成果时的思考摘录。

Claude 的最初尝试中有若干失败:尽管代理早期取得了一些成功,但他们很快失去了对项目状态的跟踪,停止了有效协作。他们失败的尝试贡献了最终证明中约 7% 的非模板化代码行。

当我们转向使用 Prove2Me:https://prove2me.vercel.app/ 时,这项工作得以成功,这是一种由 Tianyi Peng 及其哥伦比亚大学的合作团队设计的开放协作数学形式化平台。Prove2Me 通过以下方式提供了帮助:

DAG showing Claude formalizing sub-theorems on the way to FLT

通过 Prove2Me 和基于 Claude Code 的多智能体系统,一个智能体团队在不到两周的时间内完成了证明,消耗了大约六十亿个通用内部研究模型的输出令牌,该模型大致相当于 Claude Fable 5.1。最终的证明经过 Lean 检查;它仅使用 Lean 的三个标准公理,以及一个比较器:https://github.com/leanprover/comparator,确认定理的陈述与 Mathlib 自身对 FLT 的陈述一致。

我们能够如此快速地生成这一证明表明,现在有可能形式化大量数学,这既可能发现数学已知证明中的错误,也可以减轻审阅新工作的负担。在审查 Claude 的 Lean 证明后,Kevin Buzzard 告诉我们:

形式化也是人类对 AI 生成的数学结果建立信心的一个重要因素。随着 AI 和 AI 辅助数学家产生的(所谓)证明比以往更多,AI 辅助的形式化减轻了人类审阅者的一部分负担。我们预计,在为人类读者准备的任何写作中,同时生成形式化证明将变得普遍。虽然我们认为形式化证明不应取代人类可理解的阐述,但它可能是数学界跟上 AI 生成贡献的唯一可行方法。

编写 Lean 代码似乎也有助于 Claude 证明新颖结果。我们最近许多由 Claude 创作的结果都是在其证明的同时进行形式化的,Claude 似乎利用这些部分证明独立检查其假设,就像它编写数值模拟以确认自己方向正确一样。

形式化 FLT 是一个令牌密集型项目,但它也是迄今为止构建的最大 Lean 证明。Anthropic 的研究人员做了一个小实验,使用三个个人 Claude Max 计划来形式化 Hardy-Littlewood 圆法的应用。完全通过 Prove2Me 协作,智能体们在短短三天内共同完成了 Vinogradov 三素数定理的形式化:https://en.wikipedia.org/wiki/Vinogradov%27s_theorem。我们认为,有了合适的支架,通过消费者 AI 订阅进行重大结果的协作形式化是可实现的。

为此,Anthropic:https://www.anthropic.com/news/expanding-support-for-scientists 以及其他实验室:https://openai.com/index/chatgpt-for-academic-researchers/ 最近扩大了对外部研究人员的支持——包括从事纯数学和形式化研究的数学家——提供免费和折扣订阅以及研究积分。我们还提供专项资助:https://www.anthropic.com/news/ai-for-science-program,用于更大规模的科学项目,这可能包括形式化其他重大定理或改进 Lean 或 Mathlib。

随着 AI 快速改变数学研究的面貌,数学家们——在 Anthropic 及其他地方——正在思考这对他们的工作意味着什么:https://leidendeclaration.ai/。然而,形式化是我们对 AI 作用感到明确肯定的一个领域。随着形式化成为一种更普遍的工具,我们希望它能帮助维护数学知识的共同信任基础。

我们的形式化工作是费马大定理和形式数学发展的悠久历史中的一小部分。Andrew Wiles 与 Richard Taylor 的首次完整证明是三百多年数学工作的顶点,整合了 Gerhard Frey、Jean-Pierre Serre、Ken Ribet、Barry Mazur、Robert Langlands、Jerrold Tunnell、Yutaka Taniyama、Goro Shimura 以及 André Weil 等人的思想。Claude 的证明遵循 Henri Darmon、Fred Diamond 和 Richard Taylor 的阐述:https://www.math.mcgill.ca/darmon/pub/Articles/Expository/05.DDT/paper.pdf。

我们的证明借鉴了 Kevin Buzzard 领导的伦敦帝国学院 FLT 项目:https://github.com/ImperialCollegeLondon/FLT 以及 flt-regular 项目:https://github.com/leanprover-community/flt-regular 的部分成果。Lean 和 Mathlib 本身是各自的心血结晶,得到了数百名数学家的贡献,其中许多人与 Lean FRO:https://lean-lang.org/fro/ 合作。我们感谢 Kevin Buzzard 对证明进行审阅并提出意见。

完整证明以及书面的证明详解可在 GitHub 上获取:https://github.com/anthropics/fermats-last-theorem

我们让 Claude 自主训练模型,以提高它们在几个公共基准测试上对 10 类对齐失败的表现。对于所有 10 类,Claude 都找到了改进的方法,在不降低能力的情况下提升了目标基准的表现。

在本文中,我们分享两个结果,展示 Claude 如何帮助生命科学家加快他们的研究进程。

涉及 AI 辅助发现、实用工作流程以及各科学领域的实地笔记的特性内容。

情报判断

Aioga 编辑摘要

Anthropic 发布了首个完整的计算机验证费马大定理证明。其材料称,Claude 在 11 天内基本自主完成形式化工作,使用 Lean 编写约 1300 万行代码,并证明 29,500 个中间定理。

背景分析

费马大定理断言,当 n 大于 2 时,不存在满足 aⁿ+bⁿ=cⁿ 的正整数解。Wiles 于 1995 年完成首个证明;此后,数学界持续尝试将相关推理转化为可由 Lean 等工具自动检查的形式。

Aioga 观点

Aioga 判断:此次成果的重点不在提出新的费马大定理数学结论,而在于展示 Claude 能够参与复杂证明的形式化与机器验证。其价值仍需结合证明内容和验证过程进一步理解。

影响与后续

可能影响:若类似形式化工作持续推进,数学证明的检查方式可能发生变化;但单一案例不足以证明所有复杂数学都能自动形式化,也不代表机器验证已经取代数学家的审阅。 后续观察:应关注该 Lean 证明的公开内容、复核过程及社区反馈,并区分自动形式化、证明生成与数学上提出新结果等不同能力。

来源与版权说明

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来源: Anthropic:Research(发表成果 · 网页)

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