ChatGPT等人工智能工具也将颠覆水文研究
标题: AI tools such as ChatGPT will disrupt hydrology, too
作者: Landon J.S. Halloran, Saeed Mhanna, Philip Brunner
期刊: Hydrological Processes
学术简报
摘要
自2022年底公开发布以来，人工智能(AI)工具ChatGPT引起了相当大的兴奋和恐慌。许多科学家，包括水文学家，将这种工具和其他类似的工具视为威胁。对此本文对ChatGPT的学术水平和水文问题解决能力做了简单的测评，尽管这项技术“做”水文研究的能力尚不具备，但像ChatGPT这样的人工智能工具为水文学界提供了重要的机会。同时文章还对未来ChatGPT的发展做了展望，作者对于ChatGPT能够更好的帮助水文工作者解决水文问题表示了足够的信心。
引言
人工智能领域的最新进展催生了各种强大的工具，这些工具正在迅速颠覆一系列行业的常规业务。ChatGPT (OpenAI, 2022)是一种预训练的自然语言处理(NLP)模型，通过文本与用户交互。ChatGPT在发布后的短时间内，在科学和大众媒体上引发了从兴奋到恐惧的疯狂夸张反应。水文学家在考虑人工智能工具翻译、巩固和改进文本(和代码)的能力时，必须保持开放的心态，因为他们知道，在可预见的未来，原创、新颖的研究仍将需要人类的思维。虽然许多水文调查乍一看是“地方性”的，但大多数高质量研究的影响和范围是全球性的。在水文地球科学的许多领域，机器学习(ML)是人工智能的一个子集，很常见。ML技术包括k-nearest- neighbor(分类器)和主成分分析(降维器)等算法，这些算法为水文学家，特别是地质统计学家和处理地球化学或遥感数据的人所熟知。然而，尽管几十年来人们对水文预测的人工神经网络等主题都很感兴趣，但先进的人工智能技术还没有被水文学界的广泛采用，并且经常被专注于过程的水文学家所怀疑。除了搜索引擎，ChatGPT很可能是第一个在我们的领域看到主流使用的人工智能工具，并将产生相应的深远影响。ChatGPT能否解决基本的水文问题?
为了测试ChatGPT在处理水文问题上的能力，文章作者基于两本水文地质教科书提出了一系列定量和定性的问题。同时还与该工具进行了非正式互动，以进一步探索和评估其能力。ChatGPT回答水文问题的质量差别很大。ChatGPT在回答定性和定量问题的能力上存在显著差异，同时ChatGPT经常在答案中意想不到的部分出错。
（1）在定性问题的回答时，这款人工智能工具最令人印象。ChatGPT在其雄辩地总结和表达信息的能力方面是卓越的。当提出一个“开放式”的问题时，这个工具提供一个完整的列表，其中详细解释了每个条目，这些条目肯定会从人类评估者那里获得最高分。（2）在定量问题的回答时，ChatGPT就不那么有说服力了。在本科水文学课程中回答一个典型的定量问题可能涉及三个一般步骤:1)理解和组合可用的信息，2)确定适当的方程，3)数值评估答案。ChatGPT在第一步中非常强大，而且显式地识别任何不相关的信息。尽管如此，它在这方面并不是绝对正确的，有时会误解参数、维度和其他量的含义。第二步是工具经常犯的错误，因为它选择了一个不适用的数学关系，尽管这个关系与正确的关系有一些相似之处。解决典型定量问题的最后一步是确定答案，如果给出了足够的信息，答案可能是数值的。ChatGPT似乎可以可靠地执行简单的方程重排，正确求解相关变量，但它经常在公式的数值计算中失败。（3）同时还应该注意到ChatGPT对于有逻辑性的推理问题中的表现，给人的印象是该工具混淆了多个概念。这是目前ChatGPT对于问题回答的主要缺陷。水文研究人员和教育工作者如何使用ChatGPT?
这种快速发展的技术有可能使水文工作者和水文研究人员在不影响工作质量的情况下，在工作的各个方面更有效率。 （1）教育工作者可以利用上述讨论的学生使用ChatGPT“作弊”的威胁，并通过使用该工具来帮助创建考试或作业问题。虽然ChatGPT不能确切地知道某一特定课程所涵盖的内容，但只要有足够的提示和信息，它就可以提出适合考试或作业的各种类型的问题。对于分级作业，可以简单地要求ChatGPT回答它自己的问题——如果它的答案是不完整的或错误的，那么可以合理地假设学生不能使用ChatGPT“作弊”。 （2）对于水文研究人员来说，ChatGPT最强大的用途是它能够巩固、扩展和改进文本。对于ChatGPT这种逻辑性强，排版标准的工具可以帮助大幅改善科学合理但缺乏可读性的文章，由于大多数水文研究都是由非母语人士用英语撰写的，这对作者、读者和编辑都有许多积极意义。但是对于具体水文研究方面，ChatGPT和其他新兴AI工具的一个类似但争议较少的功能是代码的编写、调试和翻译，这不仅在水文方面，在各类科学技术方面都会受到原创性的质疑，或许使用该工具优化代码无可厚非，但是一定要考虑到对结果进行检验，和原创性的检查。不管欢迎与否，人工智能都将颠覆水文学
ChatGPT不是静态的，随着不断的发展和训练数据量的不断增长，它对给定提示的响应将不断发展，表面上看，它会改进。ChatGPT在回答水文问题方面做得相当不错，但在许多关键方面存在不足。因此，在这一点上，我们领域的教育工作者不应该过分担心它，但仍然应该花时间熟悉这个工具，并有可能在教学中使用它。了解到这一点，我们相信ChatGPT和其他即将到来的人工智能工具可能会为水文社区提供更多的机会而不是威胁。对于水文研究人员，很明显ChatGPT和其他人工智能工具有可能真正具有颠覆性。关于人工智能在科学作者中的地位的争论将继续激烈——这是合理的。然而，水文学家的批判性思维技能还远远没有被淘汰。必须清楚的是，ChatGPT不能收集现场样本，建立水文模型，解决特定地点的问题，甚至不能充分引用现有文献。简而言之，人工智能(还)不能真正“做”水文学，因此，应该被我们的社区视为一种令人兴奋的新工具，而不是威胁。- End -
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