Читайте AstroNews в Яндекс.ДзенКогда планируют получить первые реальные результаты, а не решение упрощённой модели?
4910
23
«Проблема трех тел» решается искусственным интеллектом
Умопомрачительные вычисления, необходимые для предсказания того, как три небесных тела вращаются вокруг друг друга, сбивали с толку физиков со времен сэра Исаака Ньютона. Теперь искусственный интеллект (ИИ) показал, что он может решить эту проблему за долю того времени, которое требовалось предыдущим подходам.
Ньютон был первым, кто сформулировал проблему в 17 веке, но найти простой способ ее решения оказался невероятно трудным. Гравитационные взаимодействия между тремя небесными объектами, такими как планеты, звезды и луны, приводят к хаотической системе, которая является сложной и очень чувствительной к начальным позициям каждого тела.
Современные подходы к решению этих проблем включают использование программного обеспечения, для выполнения которого могут потребоваться недели или даже месяцы. Поэтому исследователи решили проверить, может ли нейронная сеть - слабо имитирующая работу мозга - работать лучше.
Алгоритм, который они создали, предоставил точные решения в 100 миллионов раз быстрее, чем самая передовая программа, известная как Brutus. Это может оказаться неоценимым для астрономов, пытающихся понять такие вещи, как поведение звездных скоплений и более широкое развитие Вселенной, сказал Крис Фоули, биостатист из Кембриджского университета и соавтор статьи в базе данных arXiv, которая пока находится на стадии рецензирования.
«Эта нейронная сеть, если она хорошо работает, должна быть в состоянии предоставить нам решения в беспрецедентные сроки», - сказал он в своем интервью Live Science. «Таким образом, мы можем начать думать о достижении прогресса с более глубокими вопросами, такими как, как формируются гравитационные волны».
Нейронные сети должны быть обучены путем получения данных, прежде чем они смогут делать прогнозы самостоятельно. Таким образом, исследователи должны были сгенерировать 9 900 упрощенных сценариев из трех тел с использованием Brutus, нынешнего лидера по решению проблем трех тел.
Затем они проверили, насколько хорошо нейронная сеть может предсказать эволюцию 5000 сценариев, и обнаружили, что ее результаты близко совпадают с результатами Brutus. Тем не менее, программа на основе ИИ решала проблемы в среднем за долю секунды, по сравнению с почти 2 минутами Brutus.
По словам Фоли, программы, такие как Brutus, настолько медленные, что они решают проблему грубой силой, выполняя расчеты для каждого крошечного шага траекторий небесных тел. Нейронная сеть, с другой стороны, просто смотрит на движения, производимые этими вычислениями, и выводит схему, которая может помочь предсказать, как будут развиваться будущие сценарии.
Это создает проблему для расширения системы, сказал Фоли. Нынешний алгоритм является проверкой концепции и извлечен из упрощенных сценариев, но для обучения более сложным или даже увеличения числа задействованных тел до четырех или пяти вначале требуется, чтобы вы сгенерировали данные в Brutus, что может быть чрезвычайно затратным по времени и дорогим.
«Существует взаимосвязь между нашей способностью тренировать фантастически эффективную нейронную сеть и нашей способностью фактически получать данные для ее обучения», - сказал он. «Так что там есть узкое место».
Одним из способов решения этой проблемы было бы создание общих хранилищ данных, полученных с использованием таких программ, как Brutus. Но сначала это потребует создания стандартных протоколов, чтобы обеспечить соответствие всех данных стандарту и формату, сказал Фоли.
Он также заметил, что с нейронной сетью еще нужно разобраться. Она может работать только в течение установленного времени, но заранее невозможно узнать, сколько времени займет выполнение определенного сценария, поэтому алгоритм может «выдыхаться» до того, как проблема будет решена.
Исследователи не предполагают, что нейронная сеть будет работать изолированно, сказал Фоли. Они считают, что лучшим решением для такой программы, как Brutus, было бы выполнять часть работы с нейронной сетью, взяв на себя только те части симуляции, которые включают в себя более сложные вычисления, которые запутывают ПО.
«Вы создаете этот гибрид», - сказал Фоли. «Каждый раз, когда Brutus замедляется, вы начинаете использовать нейронную сеть и подталкиваете ее вперед».
(Добавил: RoboAstroNews)
к последнему комментарию
Когда планируют получить первые реальные результаты, а не решение упрощённой модели?
Побрюзжу. Предсказание - не точный скрупулезный расчет. Да ну нафиг. То, что может подойти для предугадывания вашего поведения на смартфоне или поведения на дороге, или игре в шахматы не должно имхо использоваться в науке. Если кто-либо из вас смотрел прогноз погоды на Фореке больше чем на 5 дней, вы должно быть заметили с какими погрешностями там дальше рисуются графики. Может все-таки дешевле к гадалке?
Может быть "качели"?Два тела движутся в разные стороны,третье этим временем проскакивает между ними.Далее они меняются местами как стёклышки в калейдоскопе.
Самоуравновешивающаяся система, это "в расчетах" учитывается или нет, интересно.
(опять о своем, болезном, о математике равновесностей, пора бы уже)
И да, форекс исключительно формулы и вычисления. Может поэтому так непредсказуемо его. :))
(современные деньги исключительно математика для учета. Без учета природных равновесностей.)
dilettant, нейронные сети ВСЕГДА работают с погрешностью, у них принцип "похожести" на ранее встречавшиеся конфигурации :-(
Скажем задачу "попадёт или нет Апофис в нас к 2100 гОду" я бы нейронной сети не доверил :-))
Проблема из пальца высосана.
Тело меньшее, обращается вокруг большего.
И неважно что подразумевается под понятием, "обращение".
К гадалке и дешевле и точнее будет. 😉
В принципе, как система быстрой предварительной оценки - очень даже неплохо...
nick_s, если представить ситуацию, что при выходе из метро вас дюжие оперативники пакуют и ЗАКе доставляют куда надо, а там разбираются, извиняются "Мол наша система быстрой предварительной оценки опознала вас как авторитета-наркоторговца, но ошиблась чуть", то полагаю ваша оценка системы с "очень даже неплохо" упадёт до "мать вашу перемать" :-)))
Какие проблемы с 3 мя телами? Любой домашний комп 2010 года и позже выпуска легко справляется с программой симуляции СС, а в ней минимум несколько сотен тел (объектов). Или я не понял проблему?
Delitant, с возвращением! Нет, вы исходите из предположения, что этот симулятор считает влияние всех сотен тел на каждое из них и последовательно точка за точкой рассчитывает по Ньютону траектории движения каждого тела. Это не так. Мощности настольного компьютера для этого малы. Орбиты всех тел рассчитаны заранее и положение тел на этих орбитах считается по Кеплеру, что не требует больших затрат.
Спасибо Leonid3. "Орбиты всех тел рассчитаны заранее". Есть программы где вы сами ПОЛНОСТЬЮ задаёте параметры системы - кол-во объектов, их орбита, масса, плотность, орбитальная скорость (хотя бы Universe Sandbox x64), да хоть десяти чайников с вашими параметрами. Или я действительно не в теме, тогда извиняюсь, объясните.
Я понимаю,что сложность вычисления количества тел растёт с геометрической прогрессией, но 3 тела ???
"..хоть десяти чайников с вашими параметрами.." (с)Delitant
Для вычисления орбиты по Кеплеру, особенно с центральным тяжёлым телом (задача ДВУХ тел) вполне достаточно положения и скорости и это не занимает компьютерного времени. А основное положение по Кеплеру -- "Площади секторов орбиты тела за одинаковое время равны" Достаточно один раз подсчитать площадь эллипса орбиты и получается несложная формула координат от времени. Таких формул, даже слабый компьютер может вычислить тысячами за приемлемое время. Но при этом совершенно не учитывается влияние остальных тел, поэтому полагаться на правильность для больших периодов нельзя.
При расчёте каждого тела с каждым кроме большого объёма вычислений имеется нарастающая систематическая ошибка возникающая из-за замены криволинейного движения по орбите маленькими прямыми. Ошибка уменьшается при уменьшении шага времени расчётов, при этом увеличивается и время на выполнение. Поэтому тоже при больших периодах полагаться не надо :-)
Недавно читал работу по смертельному Апофису, там ребята использовали оба метода -- для планет орбиту по Кеплеру, для Земли и по Кеплеру, а при противостоянии с Юпитером, Марсом, Венерой считали коррекцию по Ньютону. Сам Апофис считался по Ньютону.
Здесь выкладывал программку для таких расчётов по Ньютону, могу на почту прислать (для опытов), ссылки-то здесь не приветствуются :-(
Leonid3 (10). Вы обозначили извечную проблему новых технологий: их можно использовать как во благо, так и во зло.
Но проблема не в технологии. Проблема в человеке.
Что же касается конкретно описанной ситуации, то "предварительной оценкой" необходимо правильно пользоваться. Она должна срабатывать именно как предварительная. Окончательное принятие решения должно основываться на дополнительном, более точном анализе, естественно долгим и ресурсоёмким.
Система поиска построенная по двухуровневому принципу (быстро предварительно + окончательно) будет работать существенно эффективнее точной (но медленной) одноуровневой. ))
Leonid3, "..программку для таких расчётов по Ньютону, могу на почту прислать (для опытов).."
--
Мне пришлите, пожалуйста...)
nick_s, проверьте почту.
Leonid3, благодарю)
Если софтина не связана с лицензией на ее распространение, предлагаю руководству сделать раздел по софту. Кто за?
MP, хорошая идея!
Вопрос еще в том, много ли такого софта) Например Redshift лицензионный.
Не представляю как точно можно будет вычислить такое в принципе, достаточно ввести хотя бы параметр инерционного смещения центра тяжести в одном из объектов (жидкая магма), а сколько таких изменяющихся параметров в реальном физическом мире в виде ускоренияуменьшения вращения осевого, орбитального и прочего, как компенсаторного и уравновешивающего общие взаимодействия. И тем не менее система тел уравновешена, поразительно.
