DeepMind 利用 AI 方法发现流体动力学新奇异解

2 天前·来源:DeepMind Blog
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DeepMind 与多所大学合作,在 arXiv 上发布新论文,介绍了一种利用 AI 技术解决流体动力学中长期数学挑战的方法。该方法首次系统性地发现了三种流体方程中的不稳定奇异解家族,并揭示了奇异解速度参数与不稳定性阶数之间的模式。研究通过机器学习技术,如二阶优化器训练神经网络,将精度提升至前所未有的水平,误差相当于预测地球直径在几厘米内。

DeepMind 与布朗大学、纽约大学和斯坦福大学等机构的数学家和地球物理学家合作,在 arXiv 上发布了一篇新论文,介绍了一种利用 AI 技术解决数学、物理和工程中长期挑战的方法。该方法专注于流体动力学中的奇异解问题,即当速度或压力等量变为无限时的情况,这些奇异解有助于识别流体动力学方程的基本限制。

在研究中,DeepMind 首次系统性地发现了三种不同流体方程中的新不稳定奇异解家族,包括不可压缩多孔介质方程和 Boussinesq 方程。研究还观察到,随着解变得越来越不稳定,表征奇异解速度的参数 lambda (λ) 与不稳定性阶数之间出现了清晰的模式,这表明可能存在更多的不稳定解。

DeepMind 通过结合机器学习技术,如使用二阶优化器训练神经网络,实现了前所未有的精度水平。例如,研究中最大的误差相当于预测地球直径在几厘米内。研究还提供了涡度场的可视化示例,展示了流体在每个点的旋转程度。

背景阅读

流体动力学是研究流体运动规律的学科,其核心方程包括欧拉方程和纳维-斯托克斯方程,这些方程描述了从飓风涡旋到飞机机翼气流等各种现象。奇异解是流体动力学中的一个关键概念,指当物理量如速度或压力趋于无限时的情况,它们帮助数学家理解方程的局限性。纳维-斯托克斯方程的奇异解问题是著名的千禧年大奖难题之一,至今未解。传统上,数学家通过手工推导和数值模拟来探索奇异解,但精度和效率有限。近年来,AI 技术,特别是机器学习,被引入数学研究,用于发现新解和模式,提高计算精度。DeepMind 此前已在数学和科学领域应用 AI,如 AlphaFold 用于蛋白质结构预测,这次研究进一步扩展了 AI 在基础科学问题中的应用。

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