在拉馬努金提出的定理中,經常涉及到連分數(shù)的概念,它會將一個數(shù)表示成為無限的嵌套分數(shù)和。以色列理工學院的數(shù)學家Gal Raayoni和他的同事受到拉馬努金的啟發(fā),利用這種思路發(fā)明了一種新穎、系統(tǒng)的方法,并將它取名為拉馬努金機。這是一種計算機程序,它可以利用算法推導出基本常數(shù)的新的數(shù)學公式,并揭示其基本結構。
與物理和所有其他科學中的測量不同,數(shù)學常數(shù)可以用一個恰當?shù)墓接嬎愕饺我饩龋葱?shù)點后任意位),從而提供的是一個絕對的基本真理。
從這個意義上說,數(shù)學常數(shù)包含的是無限數(shù)量的數(shù)據(jù)(例如無理數(shù)中的無限數(shù)列序列)。
e和π就是兩個幾乎無處不在的基本數(shù)學常數(shù),從抽象的數(shù)學到幾何物理,從生物到化學,到處都有他們的身影。
然而,幾個世紀以來,與基本常數(shù)有關的新的數(shù)學公式很少出現(xiàn),只有非常偶爾才有零星的發(fā)現(xiàn)。
但是利用新的算法,拉馬努金機已經找到了幾十個表示π、e,以及黎曼ζ函數(shù)值的連分數(shù)。
其中有的是之前就被數(shù)學家找到的,還有一些則是全新的。
在這項研究中,Raayoni等人提出了兩種算法,它們被證明在發(fā)現(xiàn)新結果方面非常有效:一種是密碼學里的中途相遇(MITM)算法的變體,還有一種是針對連分數(shù)遞歸結構的梯度下降(GD)算法。這兩種算法都是基于數(shù)值匹配,因此可以在不需要證明,也不需要具備任何數(shù)學結構的先驗知識就能找到新的猜想公式。
MITM需要生成許多的數(shù)學表達式,為有限次數(shù)的迭代計算它們的值,然后消除那些給出不準確結果的表達式。
例如,e的值是以2.718開頭的小數(shù),當試圖近似e時,任何可能產生過高或過低的值的猜想都將被排除。
再計算出那些似乎可行的猜想,進行更多的迭代,以確定哪些猜測可能正確的。
這樣的方法對沒有數(shù)學結構的基本常數(shù)格外有吸引力,因為它推翻了在形式證明中時序邏輯的傳統(tǒng)方法。研究人員提出了一種新的概念方法:這是一種利用數(shù)值數(shù)據(jù)揭示新的內部結構和猜想的計算機算法,就像擁有了過去只有偉大的數(shù)學家才具有的數(shù)學直覺,為新的數(shù)學研究提供了線索。
華威大學的數(shù)學家Saul Schleimer認為,拉馬努金機就像是一個泛化的試錯過程,它可以在不知道這些猜想為什么正確的情況下產生這些猜想,而且它也像拉馬努金一樣很喜歡連分數(shù)。不過,Schleimer表示,他認為拉馬努金機是比不上拉馬努金的,因為拉馬努金的連分數(shù)更加微妙,在某種意義上說更加成熟。所以他認為雖然這是一項很好的實驗數(shù)學,但還不能被當做是一種新的思維方式。
研究小組希望人們可以為新的猜想提交證明,他們將拉馬努金機的軟件分享在網(wǎng)站上供人下載使用。他們決定,一旦有誰發(fā)現(xiàn)了某個猜測,就會用發(fā)現(xiàn)者的名字為該猜想命名。