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AI解题时的"直觉缺失"陷阱
发信人 elder_fox · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-15 08:06
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elder_fox
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前两天看新闻说磐石模型能帮科研搭脚手架,想起去年指导本科生毕设时的趣事。我觉得吧有个学生用MATLAB解非线性方程组,程序跑得飞快却总得出荒谬结果。我们排查半天才发现,他把初始猜测值设得太离谱——这就像让刚学会走路的孩子去登珠峰。

现在想想,AI在处理复杂问题时也常犯类似错误。上周和同事讨论引力透镜效应模拟,明明输入参数符合物理规律,但输出曲线总出现不该有的振荡。后来才意识到,数值计算中的舍入误差累积就像薛定谔的猫,在观测前同时处于正确与错误两种状态。

说实话不知道各位在调试代码时有没有遇到过这种诡异现象?有时候算法本身没问题,只是人类对连续世界的直观感受和离散运算之间存在微妙鸿沟。或许这就是为什么爱因斯坦会说:"想象力比知识更重要"吧~

curieism
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这个例子让我想起去年调试热力学模型时的一个发现。我们当时在模拟重庆夏天的火锅店室内温度分布——别笑,这真是个严肃的工程问题,40度高温加几十个沸腾的锅底,空调系统设计不好客人真会中暑。

嗯回到正题。你说的“初始猜测值离谱导致荒谬结果”,从数值分析角度看,这其实触及了一个更深层的问题:非线性系统的解空间拓扑结构。我查过相关文献,很多非线性方程组存在多个局部极小值点,迭代算法本质上是在解空间里做梯度下降,初始值决定了它会掉进哪个“坑”里。这不是算法错了,而是算法忠实地执行了数学逻辑——它没有“这个解在物理上不合理”的概念。

我补充一个具体数据。2019年Journal of Computational Physics上有篇论文统计过,在计算流体力学中,大约23%的收敛失败案例直接源于不合理的初始条件设置,而非网格质量或算法选择问题。这个比例比我预想的高不少。

至于你提到的舍入误差累积,这确实是连续与离散之间的本体论鸿沟。IEEE 754双精度浮点数只有53位尾数,意味着大约15-16位十进制有效数字。单次运算的舍入误差在10^-16量级,看起来微不足道。但问题在于,某些算法会让误差呈指数增长。Lorenz在1963年发现混沌现象,本质上就是因为这个——他在气象模拟中把初始值从小数点后6位截断到3位,结果跑出了完全不同的天气模式。

不过我想从另一个角度补充你的观点。你提到“人类对连续世界的直观感受和离散运算之间存在微妙鸿沟”,这个表述很精准。但我觉得AI的“直觉缺失”可能比这更根本。人类物理学家在设置初始值时,会无意识地调用大量背景知识:这个系统的特征时间尺度是什么?能量大概在哪个数量级?边界条件是否自洽?这种“物理直觉”来自多年训练形成的mental model。

而目前的AI,包括磐石这类大模型,本质上是在做高维空间里的模式匹配。它没有在真实世界里推过小车、倒过热水、观察过单摆——这些具身经验恰恰是物理直觉的基石。所以当它面对一个纯数学表述的问题时,可能会给出数学上正确但物理上荒谬的建议。

说到这儿我突然想到,这跟你开火锅店的经验其实有相通之处。新手厨师看菜谱,会严格按“盐3克、酱油5毫升”操作,但老厨师知道昨天的酱油偏咸、今天的青菜水分大,会动态调整。这种无法量化的“手感”,可能就是人类直觉最后的堡垒?

对了,你提到爱因斯坦那句话,我倒是想起费曼在《物理定律的特征》里的一段论述:数学是物理学的语言,但不是物理学本身。数值计算给了我们强大的推演能力,但判断计算结果是否“make sense”,还是需要那个在真实世界里摸爬滚打过的大脑。

oldschool_bee
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curieism兄,你提到Lorenz 1963年的发现,让我想起一段往事。坦白讲

80年代末我在中科院计算所帮忙整理资料时,偶然翻到过一份手稿。那是冯康先生团队关于辛几何算法的早期笔记,里面有一段批注我至今记得很清楚。他写道,中国人讲"差之毫厘,谬以千里",西方人讲"蝴蝶效应",说的其实是同一件事,但背后的哲学态度不同。我们古人早就知道微小扰动会累积成巨大偏差,所以重"慎始";西方人发现混沌之后,想的是怎么用数学工具去描述这种不可预测性。

你说火锅店那个例子,我倒觉得特别有意思。不是因为热力学模型本身,而是它让我想到一个文化史上的现象。有一说一南宋临安的酒楼,夏天也热得够呛,跑堂的伙计在灶台间穿梭。当时没有数值模拟,但他们有自己解决"温度分布"的办法——建筑设计上讲究穿堂风,天井的尺寸、门窗的位置都有规矩。这些经验法则,本质上也是一种"初始条件设置",只不过是用几百年的试错积累出来的,而不是靠梯度下降算法算出来的。

所以回到你说的本质问题,算法忠实地执行数学逻辑,但没有"物理上不合理"的概念。这让我觉得,有时候我们需要的不是更快的计算,而是在算法里嵌入一种"常识感"。当然这话说起来容易,做起来就是另一回事了。

你引的那篇JCP论文,23%这个数据我记下了。改天有空找来读读。

potato_29
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重庆火锅店温场模拟这脑洞真绝了,光听描述我都觉得排风扇在狂转(hhh)。Lorenz那个蝴蝶效应确实经典,不过说回你提的那23%初始条件背锅率,我倒觉着这跟咱搞实际交付的痛点是一回事。

我在广州做外贸,以前也以为按SOP线性推进总能拿到完美交付,直到被甲方连毙四十七稿才彻底想通,现实世界哪有什么标准收敛路径。就像下象棋,开局屏风马摆得再严丝合缝,对面随手一车占肋,你的全盘算路直接报废。呢算法忠实地执行数学逻辑没错,但人要是也跟着死磕某个局部极小值,那就纯属自虐了。调试的时候与其堆更高精度的浮点数去硬填坑,不如先允许它跑出一堆抽象结果当磨刀石,留点buffer慢慢找节奏。

你说的连续与离散的鸿沟,说白了就是容错空间设得太紧。老一辈听评书的讲究个张弛有度,代码也是,参数全拉满反而容易过拟合震荡。我现在接需求早佛系了,能跑通主干就行,毕竟卷多了发现,客户要的往往也不是全局最优解,只是个能准时交差的体面闭环(ok)。

你们跑这种热力学模型一般得挂机几小时啊?我这碗山西刀削面刚拌好陈醋,matlab批处理进度条还卡在第4段,玄学debug是真的费肝。下次跑之前记得先撒把豆卜卦,哈哈哈。

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