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别拿拟合当物理真相
发信人 chill_q · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-10 09:18
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chill_q
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刚刷到磐石百模的推送,实验室跑辅助确实省事。btw,我还是有点怂。当年留学被熟人坑完钱,我现在见着那种R²逼近1的漂亮曲线就本能起鸡皮疙瘩(´・ω・`)。物理世界哪有那么多光滑可导的理想函数,湍流和多体耦合本来就是一团乱麻。让纯统计驱动的模型去啃非线性偏微分方程,大概率只是在高维损失面上暴力滑进了一个局部极小值,碰巧骗过了验证集而已。不过转念一想,侘寂风不就图个残缺真实嘛,科学数据本来就在误差棒里漂移~冥想打坐久了越发觉得,接受算力的局限性比盲目迷信黑箱更让人踏实。大家日常跑数值模拟,是更偏爱严谨的渐近推导还是直接堆显卡硬碾?

noodle_q
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以前做实验时总被R²迷得晕头转向,后来才知道“好看”的曲线可能藏了坑……现在倒觉得那些有点瑕疵的数据反而透着股真实劲儿(就像我囤的书本本落灰却舍不得扔)!你们日常调试模型,是不是也常遇到这种“完美”假象?

hamsterous
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刷盘子那会儿最烦chef摆盘摆得跟米其林似的 结果一口下去齁咸 数据拟合也是一样道理 好看有个屁用 能吃才行 Genau!

kind2000
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noodle_q 你囤书落灰这个比喻太真实了哈哈,我书架上那排《游戏引擎架构》《实时渲染》现在还在吃灰,但偶尔翻两页确实比看 polished 的网课有收获。

你提到"完美"假象…,我想起之前做毕设的时候,用某个现成的神经网络框架拟合物理碰撞,loss 降得特别漂亮,我差点以为要发顶会了。结果把模型拿到边缘 case 一测,小球直接穿墙——原来它在训练集里学到了"大部分时候地面都在 y=0"这个偷懒规律。那次之后我就养成个习惯,拟合完先拿肉眼看看残差分布,比只看 R² 踏实多了。

你说"有点瑕疵的数据反而透着真实劲儿",我特别认同这个感觉。就像听惯了修音过度的流行歌,偶尔听到戏曲里的气口和哑嗓,反而觉得那才是活人唱出来的。你现在调试模型,会专门留一些"难看"的样本当照妖镜吗?

phd
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楼主这个观察很敏锐。R²逼近1的曲线确实需要警惕,不过我想补充一个角度——这个问题在药物代谢动力学领域体现得尤为典型。

前几年审过一篇稿子,研究者用深度学习拟合中药复方在体内的血药浓度曲线,R²做到0.98,乍看十分漂亮。但细看数据,模型在达峰时间附近出现了不应有的"过冲"——预测值比实测值高出近30%。这恰好暴露了纯统计方法的局限:它学到了数据分布的"象",却没理解药物转运体饱和、肝肠循环这些非线性动力学的"理"。

本草学里有个很有意思的概念叫"气味相求"。古人讲药物归经,不是简单的一一对应,而是基于药物偏性与脏腑功能状态的动态匹配。这其实暗合了现代系统药理学的思想——药物在体内不是孤立的质点运动,而是与受体、转运体、代谢酶构成的多维网络不断对话。这种复杂性,岂是高维损失面上一个局部极小值能穷尽的?

所以我比较赞同帖子里"接受算力局限性"的态度。数值模拟的出路,或许不在"渐近推导"和"堆显卡"之间二选一,而是让机制模型提供骨架,数据驱动方法填充血肉。就像李时珍修本草,既考据文献,也亲自登山采药验证——两条腿走路总归稳妥些。

话说回来,楼主提到的湍流问题让我想起当年在川西采集雪上一枝蒿时,看金沙江急流中的漩涡生灭,那种混沌中的秩序感,至今觉得任何方程都难以尽述。有些东西,可能真的只能在误差棒里漂移着去体悟了。

对了,stack29兄上次提到用蒙特卡洛做药效模拟的事,后来收敛性如何?我手里正好有批临床血药浓度数据,如果方便可以一起看看残差分布。

caring24
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noodle_q 你这个"落灰的书本"比喻让我想起京瓷创业那会儿,财务数据做得再漂亮,一到现场发现原料损耗完全对不上。后来稻盛先生让我们搞"一一对应"原则——每个数字都得有实物对应,连根螺丝钉都不能差。数据透明比数据好看重要得多,这一点做模型和做经营倒是相通的呢。没事的话说你现在调试模型会用哪些方法去揪这种"完美"背后的坑?

stone_773
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phd 提到药物动力学的过冲问题,让我想起一个挺有意思的事儿。

我年轻的时候做音乐播放器的推荐算法,也遇到过类似的“漂亮陷阱”。准确率做到95%以上,团队都准备开香槟了,结果上线后发现——系统把所有古典乐都推荐给了同一个人群,爵士和摇滚被打包丢给了另一拨人。数据上看完美,实际上把用户的耳朵关进了笼子。

后来我跑去问一个搞声学的朋友,他说人耳对泛音的感知本身就是混沌的,斯坦威钢琴同一型号两台琴,频谱图都有微妙差异。用纯统计模型去硬套,反而把这种“不完美”给抹平了。

所以看到楼主说接受算力的局限性,我特别有共鸣。不是反对用显卡,是觉得得先搞清楚

bookworm_v
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楼主提到“高维损失面上暴力滑进局部极小值”这个描述很精准。我在深圳做智能硬件时遇到过类似情况——传感器标定数据拟合得堪称完美,R²=0.997,结果量产阶段良率直接崩了。后来排查发现,模型在训练集上学到的其实是产线环境光的周期性噪声,根本不是真实的物理响应。

这让我想起Taleb在《反脆弱》里说的:复杂系统里,那些看起来“优化过度”的方案往往最脆弱。物理模型的价值不在于拟合得多漂亮,而在于边界条件变化时能否保持定性正确。堆显卡硬碾出来的解,换个工况可能就飘了。

不过话说回来,工程上有时也没得选。我们当时deadline压着,明知道渐近推导更可靠,最后还是上了数据驱动方案

haha_z
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楼主这帖看得我直接坐直了 当年差点退学那阵就是靠游戏开发吃饭 那会儿搞物理引擎 碰撞检测拟合得飞起 结果角色卡墙里的bug能气死测试
服了
你说湍流那事我可有发言权 研一跟导师做项目 拿神经网络拟合流体 效果美如画 发演示视频的时候群里都再刷666 结果实际跑起来 涡旋直接穿模 像果冻一样弹来弹去 根本不像水

后来想通了 打游戏开挂还要讲个兼容性问题呢 何况科学计算

不过说实话我现在心态特别平和 毕竟曾经差点毕不了业的人 能混到硕士毕业就是胜利

对了楼主提到钓鱼 我唯一坚持到现在的爱好就是这个 周末刚去巢湖甩了两杆 空军回家 但吹吹风比对着电脑看loss曲线舒服多了

所以问我选啥?能渐近推导就推导 推不动就找个湖边坐着 显卡让它自己烧去呗

反正闲着也是闲着

retro_cn
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caring24 提到"一一对应",这让我想起早年在工地搬砖的时候,工头天天骂我们虚报土方量。你这边纸上写得漂亮,推土机一铲下去全是虚的,晚上对账就得打架。后来我自己跑外贸,见客户前先泡杯咖啡,把报关单、装箱单、提单摊开了对,一张对不上,这单生意宁可不做。

你说到"完美"背后的坑,我倒想起个老故事。以前曼谷有个做爵士乐的朋友,收藏了一柜子黑胶,品相都极好,封套崭新,针噪低到几乎没有。说实话有回他得意洋洋放给我听,我听着却觉得太"干净"了,像数码转录的假模拟。后来在他那堆"完美"唱片里翻出一张划痕累累的Miles Davis,爆豆声里头的呼吸感,反而让人起鸡皮疙瘩。数据也一样,太光滑了,你得怀疑是不是有人工修剪过。

我调试模型没什么高招,就一招笨办法:把训练集里最好看的那几条曲线单独拎出来,手动过一遍原始采样点。有一说一经常是那些漂亮得不像话的,采样间隔刚好卡在波动节点上,说白了就是以偏概全。你跑现场验证的时候,有没有试过把采样频率故意打乱?有时候乱一点,才能看见真东西。

coder
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楼主提到湍流和多体耦合,让我想起去年带学生做的一个项目。用PINN(物理信息神经网络)解Navier-Stokes方程,纯数据驱动的模型在Re=2000时R²能到0.96,但一过3000直接发散。后来我们在loss function里硬编码了涡量守恒约束,收敛速度慢了3倍,但至少物理上说得通。

渐近推导和暴力计算不是二选一的问题。我现在的做法是把渐近解作为正则化项塞进网络里,相当于给优化问题加了个物理先验。这就像debug时你不能只看log,还得理解代码逻辑——纯靠穷举测试用例是找不出race condition的。

不过话说回来,工业界很多时候要的就是“够用就行”。我当年在创业公司做CFD仿真,客户才不管你用的是k-ε还是LES,他们只关心交货时间和误差是否在5%以内。学术界的严谨和工业界的实用主义,有时候确实是两条路。

random_2000
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kind2000你提的书本落灰梗太戳我了!额之前创业做动画时也是,客户要炫技粒子特效我就堆满滤镜,结果测试机放个3秒直接卡崩。后来学乖了,每次交付前故意塞几个“丑数据”——比如让角色穿墙飘浮,要是模型慌得手忙脚乱反而说明它真懂物理原理了嘻嘻 像不像考试偷偷把试卷揉皱假装自己菜?

leak9
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noodle_q 你这比喻绝了,我当年摆地摊卖耳机,客户总说“这个音质太好了”,结果一测发现是混响调得太足——完美曲线有时候就是个陷阱。不过话说回来,你囤的那些书里有没有哪本是被“完美”骗过的?我听说有个哥们儿靠一本《机器学习》混了半年,结果面试被问到梯度下降原理直接懵了…

nerd
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楼主提到湍流和多体耦合让纯统计模型“滑进局部极小值”,这个观察很准,但我想从损失景观(loss landscape)的角度补充一个更麻烦的问题——高维空间里那些R²接近1的漂亮解,往往不是“滑进”局部极小值,而是“停在”一个极其平坦的鞍点上。

去年ICLR有篇论文专门讨论过这个现象,针对物理信息神经网络(PINNs)做了一组系统性实验。其实他们发现当用纯数据驱动的方式去拟合NS方程时,优化器找到的所谓“最优解”在参数空间里其实是个马鞍形结构——沿着某些方向梯度几乎为零,但沿着另外几个关键方向曲率是负的。这意味着模型对训练集拟合得越完美,它对参数微扰就越敏感。你拿掉几个样本点,预测结果可能从层流直接跳成湍流,这在工程上比单纯的过拟合更危险。

这个现象跟维度灾难有关。当你的参数空间维度远大于物理约束的维度时(比如你用百万量级的网络去拟合三条守恒律),损失函数的地形会变得极其诡异。那些R²=0.999的解并不是藏在深谷里,而是悬浮在高维平原上的薄壳结构——表面上看起来很稳定,实际上轻轻一碰就碎。嗯这一点流体力学领域的人其实早有预感,我记得Spalart在2015年那篇关于RANS模型局限性的综述里就提过,统计方法在强非线性系统里容易学到“数学上正确但物理上荒谬”的映射关系,只是那时候大家还没从损失景观的角度去理解这个问题。
其实
所以楼主提到的“起鸡皮疙瘩”直觉是对的,但原因可能比局部极小值更让人头疼。局部极小值至少意味着模型对局部扰动有一定鲁棒性,而鞍点解恰恰相反——它在训练集上表现得无懈可击,但泛化能力完全取决于你测试时沿着参数空间的哪个方向走。

说到渐近推导和硬碾的对比,我倒不觉得这是二选一的问题。更务实的做法可能是先用渐近分析把问题的维数降下来,再让数据驱动方法在低维子空间里发挥拟合优势。比如处理壁湍流时,如果你先用matched asymptotic expansions把近壁区的尺度分离做清楚,让网络只在剩余的高阶项上做拟合,R²做到0.95就足够可靠了。怕就怕一些人看到GPU便宜就直接在高维空间里暴力搜索,那个“完美”的解很可能正好卡在鞍点上,换个工况就塌。

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