Since Isaac Newton first studied the Kissing Number Problem in 1694, determining the maximal number of non-overlapping spheres around a central sphere has remained a fundamental challenge. This problem represents the local analogue of Hilbert's 18th problem on sphere packing, bridging geometry, number theory, and information theory. Although significant progress has been made through lattices and codes, the irregularities of high-dimensional geometry and exponentially growing combinatorial complexity beyond 8 dimensions, which exceeds the complexity of Go game, limit the scalability of existing methods. Here we model this problem as a two-player matrix completion game and train the game-theoretic reinforcement learning system, PackingStar, to efficiently explore high-dimensional spaces. The matrix entries represent pairwise cosines of sphere center vectors; one player fills entries while another corrects suboptimal ones, jointly maximizing the matrix size, corresponding to the kissing number. This cooperative dynamics substantially improves sample quality, making the extremely large spaces tractable. PackingStar reproduces previous configurations and surpasses all human-known records from dimensions 25 to 31, with the configuration in 25 dimensions geometrically corresponding to the Leech lattice and suggesting possible optimality. It achieves the first breakthrough beyond rational structures from 1971 in 13 dimensions and discovers over 6000 new structures in 14 and other dimensions. These results demonstrate AI's power to explore high-dimensional spaces beyond human intuition and open new pathways for the Kissing Number Problem and broader geometry problems.


翻译:自艾萨克·牛顿于1694年首次研究接吻数问题以来,确定围绕中心球体可放置的最大非重叠球体数量始终是一个基础性难题。该问题作为希尔伯特第18个问题(关于球体堆积)的局部类比,连接了几何学、数论与信息论。尽管通过格点与编码理论已取得重要进展,但高维几何的不规则性以及超过8维后呈指数增长的组合复杂度(其复杂度已超过围棋博弈),限制了现有方法的可扩展性。本研究将该问题建模为双玩家矩阵补全博弈,并训练博弈论强化学习系统PackingStar以高效探索高维空间。矩阵元素表示球心向量间的两两余弦值:一名玩家填充元素,另一名玩家修正次优元素,共同最大化矩阵尺寸(对应接吻数)。这种协同动力学显著提升了样本质量,使得极大空间的可处理性成为可能。PackingStar复现了已有构型,并在25至31维中超越了所有人类已知记录,其中25维构型几何对应Leech格点并暗示其潜在最优性。该系统实现了自1971年有理结构研究以来在13维的首次突破,并在14维及其他维度发现了超过6000个新结构。这些成果证明了人工智能在超越人类直觉的高维空间探索能力,为接吻数问题及更广泛的几何问题开辟了新路径。

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