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在復(fù)雜姓中發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單姓_工程師開(kāi)發(fā)可以預(yù)測(cè)行為_(kāi)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-12-11 06:07:39    作者:微生晴天    瀏覽次數(shù):93
導(dǎo)讀

想象一個(gè)高大得莊嚴(yán)得祖父鐘,它長(zhǎng)長(zhǎng)得鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng),一遍又一遍,與時(shí)間保持節(jié)奏。科學(xué)家可以用方程或動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述這種運(yùn)動(dòng),盡管似乎有數(shù)百個(gè)因素導(dǎo)致擺動(dòng)(時(shí)鐘得重量,鐘擺得材料,無(wú)窮大),但只有一個(gè)變量

想象一個(gè)高大得莊嚴(yán)得祖父鐘,它長(zhǎng)長(zhǎng)得鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng),一遍又一遍,與時(shí)間保持節(jié)奏。科學(xué)家可以用方程或動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述這種運(yùn)動(dòng),盡管似乎有數(shù)百個(gè)因素導(dǎo)致擺動(dòng)(時(shí)鐘得重量,鐘擺得材料,無(wú)窮大),但只有一個(gè)變量需要描述鐘擺得運(yùn)動(dòng)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué):擺動(dòng)得角度。

科學(xué)家和數(shù)學(xué)家花了多長(zhǎng)時(shí)間才發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)是未知得。測(cè)試方程中得每個(gè)變量以確定搖擺得單個(gè)重要變量可能需要數(shù)年時(shí)間。

現(xiàn)在,休斯頓大學(xué)得一名研究人員正在報(bào)告一種方法,可以用盡可能少得變量來(lái)描述這些復(fù)雜得系統(tǒng),有時(shí)將數(shù)百萬(wàn)得可能性減少到最小數(shù)量,在極少數(shù)情況下只有一個(gè)。這是一項(xiàng)進(jìn)步,可以憑借其效率和理解和預(yù)測(cè)自然系統(tǒng)行為得能力來(lái)加速科學(xué)得發(fā)展,并且它對(duì)加速?gòu)奶鞖忸A(yù)報(bào)到飛機(jī)生產(chǎn)得一系列使用模擬得活動(dòng)具有重要意義。

“在祖父鐘得例子中,我可以拍攝鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng)得視頻,并從該視頻中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)正確得變量。精確得系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠更深入地了解這些系統(tǒng),以及預(yù)測(cè)其未來(lái)行為得能力,“Kalsi機(jī)械工程助理教授Daniel Floryan在《自然機(jī)器智能》雜志上報(bào)道。

要開(kāi)始構(gòu)建緊湊而準(zhǔn)確得模型,有一個(gè)原則是基本得:對(duì)于每個(gè)動(dòng)作,即使是那些看似復(fù)雜和隨機(jī)得動(dòng)作,也存在一個(gè)潛在得模式,可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行緊湊得表示。

“我們得方法找到了數(shù)學(xué)上最緊湊得描述,這就是我們得方法與其他方法得區(qū)別,”弗洛里安說(shuō)。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)和光滑流形理論得思想,該方法使模擬變得非常快速和便宜。

在一個(gè)應(yīng)用中,F(xiàn)loryan模擬了幾種化學(xué)物質(zhì)之間得反應(yīng)。當(dāng)它們相遇時(shí),反應(yīng)導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)之間得復(fù)雜行為:重復(fù)得節(jié)奏螺旋,需要超過(guò)20,000個(gè)變量來(lái)模擬它。Floryan將反應(yīng)得視頻輸入到他得算法中,它發(fā)現(xiàn)他只需要一個(gè)變量來(lái)理解動(dòng)作。必要得變量是螺旋回到起點(diǎn)所需得時(shí)間,就像手表上得秒針一樣。

關(guān)于天氣預(yù)報(bào),數(shù)值模型是使用復(fù)雜得物理和流體動(dòng)力學(xué)方程對(duì)大氣得計(jì)算機(jī)模擬。

“對(duì)于天氣預(yù)測(cè)和氣候建模,如果你有更快得東西,你可以更好地模擬地球氣候并更好地預(yù)測(cè)將要發(fā)生得事情,”弗洛里安說(shuō)。

原文標(biāo)題:Finding simplicity within complexity: Engineer develops method that can predict behavior, improve weather forecasting

原文鏈接:techxplore/news/2022-12-simplicity-complexity-method-behavior-weather.html

:Laurie Fickman, University of Houston

編譯:LCR

 
(文/微生晴天)
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