从欧洲杯到世界杯：人工智能预测冠军

卡塔尔世界杯

本届世界杯冠军将花落谁家？人工智能（AI）神预测意大利队为欧洲杯冠军，最后意大利队在决赛中击败英格兰队，最终夺得桂冠。这次AI又预测了世界杯冠军，这次还会预测得准吗？

今年5月发表于PLOS ONE杂志的文章，研究人员用人工智能算法来预测欧洲杯结果。研究采集了大量数据，分析两个因素对结果的影响，一个是球队的进攻能力，一个是球队的防守弱点。用A队的进攻能力（OA）乘以B队的防守弱点（VB）（OA×VB），最后形成人工智能算法，来和实际的结果进行对比。

当时，欧洲举行了预测大赛，由牛津大学、帝国理工大学的算法团队生成的一个双重泊松分布模型。该模型由法国数学家建立，主要研究在公共汽车站每天有多少人乘坐公共汽车，记录下数据后，预测明天会有多少人来等候公共汽车。研究者将该模型应用于预测欧洲杯冠军。

AI算法思路：首先，采集数据并剔除干扰因素，计算A队进攻能力乘以B队防守弱点的结果（OA×VB），得出进球得分。再将预测结果与实际结果进行比较，计算出影响最终成绩的因素，最后预测欧洲杯的结果。

研究者将欧洲杯所有参赛球队，按进攻能力进行排序（图1），从高到低分别为：比利时队、英格兰队、西班牙队、德国队、荷兰队、葡萄牙队、意大利队、丹麦队、瑞士队……再按防守弱点进行排序（图2）。

图1 按进攻能力进行排序

图2 按防守弱点进行排序

综合这些因素可以得出，目标进球成功和目标进球失败的状态如下：

图3 预测目标进球成功

图4 预测目标进球失败

通过双重泊松分布模型得出的预测曲线：

图5 重新生成的均匀随机变量分位数图

将算法预测的结果与最终结果进行比较，两者吻合度非常高。算法预测的欧洲杯比赛结果，获得冠军概率最大的是意大利队，第二是英格兰队，第三是比利时队，第四是西班牙队，第五是葡萄牙队，第六是荷兰队，第七是丹麦队（图6）。

图6 模型预测的球队排名

真实比赛结果：冠军是意大利队，亚军是英国队，进入半决赛的有丹麦队、西班牙队（图7）。预测结果非常精准，只是有些强队相遇后，稍弱的球队就被淘汰了。所以，用人工智能算法，非常精准地预测了欧洲杯比赛结果。

图7 2021欧洲杯比赛结果

在发表于《自然》杂志的另一篇文章中，研究团队对世界杯比赛结果进行了预测（图8）。

国际足联对主要足球强队的排名是：巴西、比利时、阿根廷、法国、英国、意大利、西班牙、荷兰、葡萄牙、丹麦、德国、克罗地亚、墨西哥……

模型预测的世界杯比赛结果排名是：比利时（获胜概率13.88%）、巴西（13.51%）、法国（12.11%）、阿根廷、荷兰、德国、西班牙、瑞士、葡萄牙……

图8 国际足联排名和模型预测排名对比

世界杯才刚刚开始，现在还不知道谁会赢得世界杯冠军，是根据国际足联的排名预测世界杯冠军更准确，还是人工智能算法预测的结果更准确？人工智能成功预测了欧洲杯结果，那么对于世界杯，最后的结果如何呢？让我们拭目以待。

参考文献：

1.Penn MJ, Donnelly CA (2022) Analysis of a double Poisson model for predicting football results in Euro 2020. PLoS ONE 17(5): e0268511. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0268511