Claude完成费马大定理首个完整形式化证明

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Claude在11天内完成了费马大定理首个端到端、可由计算机完整检查的形式化证明,生成了约1300万行Lean代码、超过3万个中间定理。这个工程规模超过Lean核心数学库Mathlib的5倍。Anthropic研究员Tianyi Peng通过多Agent协作和Prove2Me平台实现了这一成就,消耗约60亿个输出Token。

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把人类证明译成机器可查

这次工作的对象并非费马大定理本身,而是把数学家已经接受的证明改写成Lean能逐行核验的形式。Lean在这里承担的是检查器角色:定理、定义与推导步骤都要写成它认可的写法,每一步是否从既有公理和定理合法推出,由程序判定,不接受「此处显然成立」这类跳过。产出规模约为1300万行Lean代码,涉及超过3万个中间定理,最终证明调用其中约29500个。作为参照,这一体量达到Lean核心数学库Mathlib的五倍以上。Anthropic方面说明,完整证明只依赖Lean的三个标准公理,并用比较程序核对过,Claude最终证明的定理陈述与Mathlib中的费马大定理一致,因此结论不依赖模型自述完成。

多智能体并行与分工

执行方式是把不同Agent同时拉起,各自承担不同环节:有的补齐数学定义,有的专攻中间引理,有的沿已有结果向更高层定理推进,还有的负责把分散部分重新拼回整体证明体系。项目由Anthropic研究员Tianyi Peng发起,他最初只想测试Claude能把这件事推进多远,结果一路做到终点。人类提供的数学指导相当有限,多为高层提示,例如某个方向优先级更高、某个定理尽快推进;大量定义、中间证明、任务拆分与拼装由Claude自行完成。审阅结果的Kevin Buzzard将其称为一次非凡的自动形式化成果。整个项目消耗约60亿个输出Token,内部所用通用研究模型能力大致相当于Claude Fable 5.1。

协作平台与流程约束

早期多Agent协作很快遇到规模扩大后的状态跟踪与配合难题,失败尝试留下的代码最终只占成品非模板代码的约7%。转折来自换用Prove2Me平台,这是Tianyi Peng与哥伦比亚大学合作者为数学形式化搭建的协作系统。它把整个证明拆成由定理节点组成的有向无环图,哪个定理已证、哪个还缺前置条件、下一步该攻哪个节点,Agent都能从图中判断;平台还把定理陈述与证明分开管理,加速Lean编译,并为每个定理保留自然语言描述,便于不同Agent检索和复用已有结果。最终采用的是Prove2Me加上基于Claude Code的多智能体harness。

与既有形式化计划的差别

此前数学界的路径是按多年社区工程来准备的:2000年代已有计算机科学家提出形式化Wiles证明的设想,2024年帝国理工学院Kevin Buzzard等人正式启动使用Lean完成费马大定理形式化的项目,仅第一阶段的技术蓝图就写了86页。此次Claude用11天走完全程,差别主要体现在工程量而非数学发现上——它没有给出一个全新的费马大定理证明,而是把可读证明完整翻译为可机器检查的形式。适用范围也由此明确:成果的价值在于逻辑检查层面的端到端可核验,读者可以把它理解为一次大规模自动形式化的工程实践,其规模、耗时与依赖公理数量均可对照上述数字自行判断。

为什么值得看

展示AI在复杂数学形式化证明上的突破性进展,为AI辅助数学研究开辟新路径。

AnthropicClaude

信源1 家

  1. [1]量子位姚班校友主导,Claude攻克费马大定理首个完整形式化证明

关键事实

  • Claude在11天内完成了费马大定理首个完整形式化证明[1]

  • 生成了约1300万行Lean代码、超过3万个中间定理[1]

  • 工程规模超过Lean核心数学库Mathlib的5倍[1]

  • 消耗约60亿个输出Token,使用相当于Claude Fable 5.1能力的模型[1]

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