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你知道一億有多大嗎？科學(xué)家開發(fā)了一種名為Morpheus的強(qiáng)大新計(jì)算機(jī)程序，即人工智能AI算法，該程序可以逐個(gè)像素地分析天文圖像數(shù)據(jù)，以識(shí)別和分類來自天文觀測大量數(shù)據(jù)集中的所有星系和恒星。Morpheus是一個(gè)深度學(xué)習(xí)框架，融合了為圖像和語音識(shí)別等應(yīng)用開發(fā)的各種人工智能技術(shù)。加州大學(xué)圣克魯斯分校計(jì)算天體物理研究小組負(fù)責(zé)人、天文學(xué)和天體物理學(xué)教授布蘭特·羅伯遜(Brant Robertson)表示：

天文學(xué)數(shù)據(jù)集的快速增長，使得自動(dòng)化一些傳統(tǒng)上由天文學(xué)家完成的任務(wù)變得至關(guān)重要。有些事情我們?nèi)祟惛咀霾坏剑员仨毾朕k法利用計(jì)算機(jī)來處理未來幾年將從大型天文觀測項(xiàng)目中獲得的海量數(shù)據(jù)。羅伯遜與瑞安·豪森(Ryan Hausen)合作，后者是加州大學(xué)巴斯金工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)研究生，在過去兩年里開發(fā)并測試了Morpheus。其研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上，豪森和羅伯遜也公開發(fā)布了Morpheus代碼。

星系的形態(tài)，從像我們銀河系這樣的旋轉(zhuǎn)盤狀星系，到無定形的橢圓形星系，都可以告訴天文學(xué)家星系是如何隨著時(shí)間推移而形成和演化的。大規(guī)模的觀測，例如將在智利正在建設(shè)的維拉·魯賓天文臺(tái)進(jìn)行的遺產(chǎn)時(shí)空觀測(LSST)，將產(chǎn)生大量的圖像數(shù)據(jù)，羅伯遜已經(jīng)參與了如何利用這些數(shù)據(jù)來理解星系形成和演化的規(guī)劃。LSST將使用32億像素的相機(jī)，每晚拍攝800多張全景圖像，每周兩次記錄整個(gè)可見天空。

想象一下，如果你去找?guī)讉€(gè)天文學(xué)家，要求他們對(duì)數(shù)十億個(gè)天體進(jìn)行分類，他們?cè)趺纯赡茏龅竭@一點(diǎn)？現(xiàn)在新研究將能夠自動(dòng)對(duì)這些天體進(jìn)行分類，并利用這些信息來了解星系的演化。其他天文學(xué)家已經(jīng)使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)星系進(jìn)行分類，但之前的努力通常涉及修改現(xiàn)有圖像識(shí)別算法，研究人員向算法提供要分類星系的精選圖像，所以研究人員專門為天文圖像數(shù)據(jù)從頭開始建造了Morpheus，該模型使用天文學(xué)家使用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字文件格式的原始圖像數(shù)據(jù)作為輸入。

像素級(jí)分類是Morpheus的另一個(gè)重要優(yōu)勢，對(duì)于其他模型，你必須知道那里有什么東西，并向模型提供一張圖像，它會(huì)立即對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集的星系進(jìn)行分類。Morpheus會(huì)為你發(fā)現(xiàn)星系，并逐個(gè)像素地處理，所以它可以處理非常復(fù)雜的圖像，你可能會(huì)在圓盤旁邊看到一個(gè)球體。對(duì)于有中心凸起的圓盤，它會(huì)單獨(dú)對(duì)凸起進(jìn)行分類，所以它的功能非常強(qiáng)大。為了訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)算法，研究人員使用了2015年一項(xiàng)研究中的信息，在那項(xiàng)研究中，數(shù)十名天文學(xué)家對(duì)來自CANDELS項(xiàng)目哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圖像中大約1萬個(gè)星系進(jìn)行了分類。

然后，將Morpheus應(yīng)用于來自哈勃遺留領(lǐng)域的圖像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)結(jié)合了幾次哈勃深場觀測所獲得的觀測結(jié)果。當(dāng)Morpheus處理一張?zhí)炜諈^(qū)域的圖像時(shí)，它會(huì)生成一組新的天空部分圖像，其中所有對(duì)象都根據(jù)它們的形態(tài)進(jìn)行顏色編碼，將天文對(duì)象與背景分開，并識(shí)別點(diǎn)源(恒星)和不同類型的星系。輸出包括每個(gè)分類的置信度級(jí)別。該程序在加州大學(xué)洛杉磯分校的lux超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，可以快速生成對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)集的逐個(gè)像素分析。