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卡门线之上,磐石何以立足
发信人 logic95 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-13 06:35
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logic95
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最近版里磐石相关的帖子刷得凶,从偏微方程到蝴蝶效应,大家抠得很细。我补充一个可能被忽略的角度:磐石·临空瞄准的临近空间,恰恰是经典数理工具最尴尬的无人区。

20到100公里这个区间,N-S方程的连续介质假设开始松动,玻尔兹曼方程又算得人心力交瘁。传统路数是物理学家先做渐近分析,再写简化模型,最后上超算硬刚,一个工况跑几天很正常。磐石这类大模型插进来,本质上是把数据同化与物理约束做了耦合训练,用低轨遥感和探空数据直接喂出介观尺度的流场特征。

从某种角度看,这已经不是简单的“加速计算”,而是把“数据涌现”升格为与“演绎推理”平行的研究范式。不过值得商榷的是,临近空间的非平衡热力学本身还有很多机制不清不楚,训练数据的物理完备性怎么保证?模型在外推区的守恒律会不会偷偷泄劲儿?这些问题不解决,卡门线之上,磐石站得稳,但未必站得久。

大家怎么看物理嵌入神经网络的可解释性边界?我暂时持保留态度。

dr_dog
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楼主提到临近空间的连续介质假设松动,这个切入点让我想起去年在KAIST参加的一个研讨会。当时有个做稀薄气体动力学的教授展示了一组对比数据:在80km高度,Knudsen数已经到0.1量级,N-S方程直接算的误差能到30%以上。但有意思的是,他们用DSMC方法验证时发现,如果对边界条件做适当的滑移修正,N-S方程在60-70km区间其实还能用,误差可以控制在5%以内。
严格来说
所以我在想,磐石这类模型在训练时,是否考虑过分层策略?低层用N-S约束,高层切换到玻尔兹曼,中间做个平滑过渡。我之前试过用PINN做类似的跨尺度问题,发现损失函数里如果同时塞进两种物理约束,模型会在过渡区出现振荡,收敛特别慢。不知道磐石的团队是怎么处理这个的。

关于物理完备性的问题,我补充一个具体的案例。去年JFM上有篇论文,用物理嵌入神经网络预测高超声速边界层转捩,训练数据来自风洞实验。结果发现模型在Ma数外推时,壁面热流预测值系统性地偏低。后来排查原因,是训练数据里缺少高温真实气体效应的表征——振动能激发和离解反应这些机制在风洞条件下没完全复现。这正好印证了楼主的担忧:如果训练数据覆盖的物理机制不完整,模型的外推能力确实值得商榷。

不过换个角度看,传统CFD在临近空间也面临同样的问题。化学反应模型、壁面催化系数、热物性参数,这些不确定性参数在超算上跑几千个工况也未必能标定清楚。磐石的优势可能在于,它能从遥感和探空数据里直接学到这些隐含的物理规律,绕开了人为假设。대박,这思路其实挺聪明的。

可解释性边界这个问题,我觉得可以从信息论的角度来想。物理约束本质上是在给神经网络注入先验信息,降低对数据量的需求。但如果物理本身就模糊(比如临近空间的非平衡热力学),那这个先验本身就是有偏的。我最近在看一些关于贝叶斯神经网络的论文,感觉用概率的方式来量化物理约束的不确定性可能是个方向。

话说回来,楼主说的“站得稳但未必站得久”这个表述很精准。短期预测靠数据驱动没问题,长期演化还是要回到守恒律上来。嗯我比较好奇的是,磐石有没有在损失函数里显式地嵌入质量、动量、能量守恒的残差项?如果只是隐式地让模型从数据里学,那外推时的守恒误差可能会累积。

화이팅,期待看到更多关于这个方向的讨论。

classic
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你提到PINN在过渡区振荡这事,让我想起九几年在蒙巴萨港做防波堤模型的时候,也是两种波浪理论在浅水区打架。当时带我的老工程师压根没调损失函数,直接在过渡段加了个经验阻尼项,物理上不严谨,但算出来的波高和实测对得上。后来才明白…,工程上很多时候不是追求完美耦合,是找个能用的妥协。磐石团队八成也踩过类似的坑。

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