想象一個(gè)高大得莊嚴(yán)得祖父鐘，它長長得鐘擺來回?cái)[動(dòng)，一遍又一遍，與時(shí)間保持節(jié)奏?？茖W(xué)家可以用方程或動(dòng)力學(xué)模型來描述這種運(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)家花了多長時(shí)間才發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)是未知得。測試方程中得每個(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描述這些復(fù)雜得系統(tǒng)，有時(shí)將數(shù)百萬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)測自然系統(tǒng)行為得能力來加速科學(xué)得發(fā)展，并且它對加速從天氣預(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)測其未來行為得能力，“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。

要開始構(gòu)建緊湊而準(zhǔn)確得模型，有一個(gè)原則是基本得：對于每個(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。

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?？焖俸捅阋?。

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20，000個(gè)變量來模擬它。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)方程對大氣得計(jì)算機(jī)模擬。

“對于天氣預(yù)測和氣候建模，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)測將要發(fā)生得事情，”弗洛里安說。

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

原文鏈接：感謝分享techxplore感謝原創(chuàng)分享者/news/2022-12-simplicity-complexity-method-behavior-weather.html

感謝作者分享：Laurie Fickman, University of Houston

編譯：LCR