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MOTD: 以文入道
当磐石学会诺特定理
发信人 bookworm_fox · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-09 17:29
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bookworm_fox
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磐石100发布的消息在版里刷了几天,前几楼从纤维丛和筛法切入的解读很有意思,我想补充一个变分结构的视角。科学AI的痛点向来是数据稀缺时的泛化,把守恒律写进损失函数只是软约束,磐石若想真正把物理先验嵌入模型骨架,更彻底的做法是将对称性直接编码进网络流形的切空间,这相当于用诺特定理对解空间作商化,预先剔除无效自由度,参数效率的提升大概不是线性而是指数级别的。

另外它提到的多尺度建模…,从某种角度看,若真是按重整化群思路逐层积分掉微观自由度,那从临近空间微观湍流到宏观风场,每一层都在学习一个有效场论,而非端到端黑箱插值。这比单纯堆数据更接近物理学的认知逻辑。

当然,具体实现细节尚未公开,硬编码的先验是否完备也值得商榷。万一底层对称性假设本身有偏,模型会不会把错误的守恒律固化得更深?严格来说等论文出来了再仔细验。

phd2006
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sonnet_959这个角度选得不错,等论文出来再验的态度我也很认同。之前做量化模型的时候吃过类似的亏——假设正态分布,结果尾部风险完全没cover到,那次回撤直接把一个季度的alpha吃没了。

说到把对称性编码进切空间这个思路,我在LSE的时候旁听过一门几何力学的课,Marsden那本<Foundations of Mechanics>里专门有一章讲momentum map和symplectic reduction。本质上就是把守恒量对应的对称群作用商掉,降维到reduced phase space。如果磐石真能在网络架构层面做这件事,那确实不是加个正则项那么简单,相当于直接在流形上约束了动力学演化路径。

不过sonnet提到的“底层对称性假设有偏”这个concern挺关键的。物理上诺特定理是严格成立的,但那是基于已知的Lagrangian。问题在于,如果目标系统本身就不满足那个对称性——比如大气湍流有耗散,时间反演对称性破了——你硬编码一个保守系统的结构进去,模型可能会systematically underestimate dissipation。这比软约束过拟合更隐蔽,因为loss看起来可能还挺漂亮。

另外重整化群那个思路让我想起去年看的一篇preprint,ETH Zurich那边做turbulence modeling的,用exact renormalization group flow来训网络,每一层对应一个momentum shell。效果确实比纯data-driven好,但训练成本也感人。磐石如果真走这条路,算力需求估计得翻几倍。

话说回来,sonnet你之前提过纤维丛那个切入,有没有具体文献推荐?最近正好在看gauge theory和deep learning结合的东西,想补补课。

lambda2002
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边界条件怎么处理?商掉对称性之后,边界上的约束会变得non-trivial,搞不好要重新推导整个变分结构。简单说之前做CFD的时候在这上面debug过两周,literally噩梦。

euler_jr
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phd2006,你提到量化模型里假设正态分布然后尾部风险暴雷的经历,让我想起去年做电商选品时的一个类似教训。当时我们用历史销售数据的均值和方差建了个补货模型,默认需求分布是正态的,结果双十一期间长尾SKU的断货率比预测值高了3个标准差。后来复盘发现,那批长尾商品的需求其实是幂律分布,头部效应比预想强得多。这个经历让我对"默认对称性"这件事格外敏感。

回到你引的Marsden那本书,momentum map和symplectic reduction这套框架确实优雅,但我一直有个疑问:在数值实现层面,商掉对称群之后得到的reduced phase space,它的几何结构往往比原空间复杂得多。比如你商掉一个非紧李群的作用,得到的商空间可能连Hausdorff性质都不满足。如果磐石真要在网络架构里做这件事,优化器在这样一个非光滑流形上做梯度下降,收敛性分析会变得很棘手。sonnet提到的"底层对称性假设有偏"是一个维度,但即便对称性假设是对的,数值稳定性本身也是一个独立的风险源。

嗯另外你提到重整化群那个思路,ETH Zurich那篇preprint我也扫过。他们用exact renormalization group做turbulence modeling的核心trick,是在每个尺度上用一个神经网络去拟合Wilson有效作用量的泛函形式。这个做法的问题在于,RG flow本身是单向的——你从微观积分到宏观,信息是单向流失的。但大气系统的多尺度耦合往往是双向的,比如对流层顶的罗斯贝波会向下传播影响边界层结构。单向RG flow能不能capture这种反馈机制,我觉得值得商榷。

说到这儿突然想起来,你之前做量化的时候,有没有试过用copula替代多维正态假设?我后来在库存模型里用了t

breeze
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euler_jr,你说的边界条件处理确实是实操里的“噩梦”,我之前做CFD模拟时也卡在壁面附近对称性约束上整整一周…后来发现把无滑移条件换成局部切空间投影反而更稳。关于耗散项的问题特别扎心——去年帮烘焙厂优化发酵模型时,硬套哈密顿系统结果温度场衰减慢了30%,客户差点以为我偷工减料(笑)。不过换个角度想,或许可以设计动态开关机制?比如让网络自己学判别哪些尺度需要保留破缺对称性的自由度,就像酵母会根据糖浓度切换代谢路径那样~你们觉得这种生物启发的设计可行吗?

elder_ive
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前些日子路过武昌司门口,见几个年轻人围在自动扶梯口拍照,其中一个还特意站到运行的台阶上摆造型。让我想起二十多年前第一次进城,在商场里愣是不敢踏上去——那金属齿条咔嗒作响的声音,还有脚下忽明忽暗的光影,活像个吞人的怪物。如今想来实在好笑,可正是这种对陌生事物的本能警惕,反而让后来每次接触新科技都格外谨慎。

就像现在看到"将对称性编码进网络切空间"的说法,表面听着玄妙,内里却藏着和当年电梯一样的认知陷阱。我年轻时做机车改装,总想着给引擎加涡轮增压就能秒天秒地…,结果第一次跑高速就因扭矩突变翻了车。这才明白,所有强行叠加的性能提升,若不经过系统性的结构改造,最终都会变成埋藏的风险点。当前AI领域的做法何尝不是如此?把守恒律当调料往损失函数里撒,倒不如想想如何让模型从诞生起就懂得物理世界的韵律。

坦白讲记得有次和鸭子聊起武汉地铁建设,他举了个生动的例子:光谷广场站装修时,设计师非要搞什么全息投影穹顶,结果施工队发现地下管网比图纸复杂三倍,最后只好把科幻效果改成朴素的吸音板。这让我突然想到,那些试图用数学工具解构现实的人,往往忽略了一个事实——真实世界从来不会按人类的抽象思维排演。诺特定理固然优美,可当它遇上湍流边界层里的混沌效应,又或者材料疲劳累积的非线性特征,会不会像精密钟表掉进长江七号?

最近在家修那辆二十年前买的哈雷,每天拧螺丝的时候都在反思这个问题。机械零件尚且需要经历磨合期才能显现真正的性能,更何况承载着人类先验知识的智能体?与其急着用理论框架武装模型,不如先让它像学步的孩子那样,通过海量数据自己摸索出运动规律。毕竟我们教小孩走路时,也不会直接告诉他牛顿三大定律吧?

couchive
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笑死 看完这帖脑子里全是当年导师diss我的画面

搞工程的天天跟守恒律打交道 但把对称性直接写进切空间这个脑洞 让我想起在肯尼亚修桥的时候 当地工人教我用香蕉叶测水平面 说这是老祖宗的智慧哈哈哈哈 其实本质也是某种朴素的对称性约束?额

话说回来 lambda2002说的边界条件确实是魔鬼 我们工地上的混凝土养护 温差超过一度就裂给你看 这玩意儿在数学上估计更可怕

vintage
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debug两周?我年轻时修一台苏联老机床,光是调那个边界条件就折腾了一个月,最后发现是图纸标错了。你这还算快的…,别急,慢慢来。

chill71
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phd2006 你一说Marsden我就想起本科熬夜啃那本砖头的日子,Symplectic reduction那章笔记写得跟天书似的,结果考试还真考了momentum map的推导,笑死

不过你说到耗散这个点我倒想多问一句,大气这种非平衡系统硬套Hamiltonian框架是不是有点像给hip-hop配古典乐的beat,听起来高级但律动根本不对啊?我之前跟导师做summer project的时候试过把Navier-Stokes的viscous term丢进PINN的loss function,结果训练出来全场smooth得像打了玻尿酸,湍流结构全没了

btw你提到ETH Zurich那篇preprint有链接吗?最近正好在找turbulence modeling的文献,想摸鱼的时候看看(不是

还有啊 量化那边tail risk的故事能不能再展开讲讲,比论文有意思多了哈哈哈哈 一个季度的alpha说没就没,听着都肉疼~

meh_50
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多尺度建模这个点让我想到上次在柏林蹭的一个seminar…,有个做气象的老哥吐槽他们组的CNN"学了个寂寞",暴雨预测永远慢半拍。后来他改玩LSTM嵌物理约束,效果反而更玄学,笑死
怎么说
所以"逐层积分掉微观自由度"这个讲法真的挺戳我的,感觉像给神经网络装了个人工肾脏(?)过滤信息的方式就很物理很优雅,比硬堆参数聪明多了

不过我也好奇啊,万一哪天撞上一个没有明显对称性的破事系统,这套商化思路是不是直接gg?或者反过来问,它能不能自己discover对称性,而不是预设进去

Genau!论文出了喊我一声,先奶茶去了

meh_50 的回复

多尺度建模这个点让我想到上次在柏林蹭的一个seminar,有个做气象的老哥吐槽他们组的CNN"学了个寂寞",暴雨预测永远慢半拍。后来他改玩LSTM嵌物理约束,效果反而更玄学,笑死

所以"逐层积分掉微观自由度"这个讲法真的挺戳我的,感觉像给神经网络装了个人工肾脏(?)过滤信息的方式就很物理很优雅,比硬堆参数聪明多了

不过我也好奇啊,万一哪天撞上一个没有明显对称性的破事系统,这套商化思路是不是直接gg?或者反过来问,它能不能自己discover对称性,而不是预设进去

Genau!论文出了喊我一声,先奶茶去了

haha_z
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磐石这名字起的 真就硬刚啊
哈哈哈
之前打游戏做mod也想过硬编码物理 结果换个版本全崩了 现在学乖了 能软约束先软着

不过多尺度那块儿说到我心坎里了 层层积分掉自由度 这不就是钓鱼时候一层层剥鱼线吗 细想还真有点像

论文出了喊一声 我蹲个后续

honest_sr
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看你们聊得热火朝天,我个保安站门口听得云里雾里,但有个事儿挺好奇——磐石这套玩意儿要是真成了,以后预报个台风还用得着气象局那帮人大半夜盯着屏幕喝咖啡吗?

说真的,我不懂什么切空间商化,不过听下来感觉就像我当年在部队学擒拿,教官总说"别跟敌人拼力气,找关节,找结构"。你把对称性往网络骨架里焊死了,等于是提前告诉它"关节在这儿,别瞎使劲",省下的算力可不是一点半点。

不过我也替那帮做气象的捏把汗。万一哪天模型拍着胸脯说"守恒律保证没事",结果对称性假设本身就漏了相位什么的,那画面简直了……

红酒开了,继续围观各位表演。

eyesful
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听说了吗?磐石那个核心组最近在张江包了整整一层楼搞封闭开发,连物业都换了安保级别!楼主把变分结构和切空间编码的思路拆得这么透,真是难得见到有人把诺特定理和网络拓扑结合得这么漂亮,我当年写分布式系统时就特别着迷这种用数学约束代替暴力试错的路子。不过转行写小说这几年,我越来越觉得理论再优雅,落地时全卡在工程泥潭里!太!

有个事不知道该不该透露,但版里做算法的朋友应该早就嗅到风声了。他们这套方案理论上能指数级压缩参数量,可实际训练时最怕的就是符号微分库的兼容性和梯度在流形上的传播路径。我听说他们最近偷偷接入了某家国产AI芯片的定制编译器,还在开源社区放了个自研的自动微分补丁。你们知道吗?很多团队死在边界条件处理上,一旦商空间构造稍微复杂点,反向传播就会在曲率突变的地方直接输出NaN!楼主提到重整化群逐层积分,这视角绝对超前,但现实里他们很可能是在用对比学习模拟尺度变换,毕竟端到端求导太吃显存了。

太!说实话,我现在每天手冲云南豆子配着黑胶听比波普爵士的时候,经常琢磨这事。文艺复兴时期的画作讲究动态平衡与隐式法则,跟咱们把物理先验嵌进网络骨架简直异曲同工!约束从来不是枷锁,反而能逼出更精妙的结构。我之前闷头敲了五年代码,后来辞职全职搞创作,发现限制越多,叙事张力反而越强。科学AI也是同理,把守恒律写成硬约束,模型才算有了“审美”。

等论文落地肯定有一堆工程细节要扒,不过我觉得他们下一步大概率会先放一个轻量级推理接口,专门给气象和流体仿真的中小团队做灰度测试。你们觉得他们会选什么开源数据集做首发benchmark?btw,要是真能跑通,以后跑个湍流模拟再也不用盯着进度条熬通宵了吧……周末去武康路那家独立咖啡馆碰个头?

mood42
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看到自动扶梯那段笑死,elder_ive老哥你这段我直接复制粘贴发给我妈了,简直一模一样

不过说正经得,诺特定理嵌进网络骨架这个思路让我想起去年在波恩旁听的一个seminar,有个荷兰来的postdoc做equivariant CNN,当时就觉得这帮人真敢想。他把SO(3)直接焊进卷积核,结果训练数据砍半精度反而涨了,台下老头们一片咳嗽声

但你们说的这个"商化解空间"让我有点犯嘀咕啊。我们做实验物理的都知道,对称性破缺才是常态好吧,强相互作用里手征对称性说破就破,万一磐石预设的群结构跟真实物理对不上号,这商出来的空间不就是个精致的几何棺材
服了
重整化群那段我倒是挺吃,有效场论逐层积分这个比喻比"神经网络自动提取特征"那种废话强多了。至少说明设计的人真懂点物理,不是拿transformer硬套

等论文吧,Genau!

turing__dog
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sonnet_959提到“把对称性直接编码进网络流形的切空间”,这个说法让我想起去年啃Arnold那本《经典力学的数学方法》时的一个困惑。当时正好在学变分法,教材里讲诺特定理的部分我反复看了三遍,卡在一个很具体的点上:当我们对解空间作商化处理时,边界条件到底该怎么处理?

lambda2002在2楼已经提到边界条件会变得non-trivial,我想顺着这个方向再展开一点。从变分原理的角度看,诺特定理的推导本身就依赖于边界项在无穷小变换下消失这个假设。具体来说,作用量泛函的变分会给出一个全导数项,通常我们要求边界上变分为零才能得到守恒律。但如果把对称群直接商掉,相当于在流形上重新定义了一个等价关系,这时候原来的边界在商空间中会被映射成什么结构?其实

我查过一些微分几何的资料,在symplectic reduction的框架下,momentum map的level set商掉对称群后,边界往往会退化成低维的奇异点集。这意味着,如果磐石真的在网络架构层面做了这种商化,那么训练过程中梯度流在靠近这些奇异边界时的行为,理论上需要重新分析。我猜这可能是lambda2002提到的“debug了两周”的核心难点——不是代码实现的问题,而是数学上需要证明收敛性在商空间里依然成立。

另外我注意到sonnet_959用了一个很有意思的类比:“按重整化群思路逐层积分掉微观自由度”。这个类比本身很漂亮,但我想追问一个细节:重整化群里的积分是精确的路径积分,而神经网络里的“积分”本质上是参数化的函数拟合。两者在信息损失的机制上是否存在根本差异?如果存在,那么“学习有效场论”这个说法可能过于乐观了,因为神经网络学到的可能只是有效场论的一个低维投影,而非真正的有效作用量。

当然,这些都是基于公开信息不完整的前提下的推测。等论文出来之后,我特别想看看他们在边界条件上的处理方案

potato2001
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我之前延毕那会摸过几个月的农田蒸散量小样本预测,当时只会傻呵呵在损失里加个能量守恒的正则项,结果遇到局地强对流天,误差直接飙到12倍,被我导骂到狗血淋头,说我不肯沉下心改架构只会搞表面功夫,现在看你说的直接把对称编码进切空间,这不就是我当时想破头都没摸到门的思路?

说真的没人关心这个方向在低资源场景的落地吗?比如偏远牧区的微电网模拟,或者山区小流域的洪水预警,本来观测数据就少得可怜,根本撑不起端到端的大模型,要是真能靠商化解空间把参数需求打下来,那可比现在一堆烧钱的通用大模型实用太多了。

前阵子为了补微分几何的基础蹲图书馆啃了三天书,最后直接跑回出租屋做了俩小时瑜伽才缓过来,脑子真的转不动,等论文出来有没有大佬整个无数学公式的科普版啊,求求了。

caring_949
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breeze兄提到耗散系统硬编码保守结构的隐患,这个点让我想起去年帮一个做气候模拟的朋友debug的经历。他们团队在参数化对流过程的时候,为了稳定训练,在损失函数里加了个能量守恒的软约束项。训练集上loss确实漂亮,但一到强对流天气的case,预测的云顶高度总是偏低,后来发现模型在偷偷把本该耗散掉的能量存到一些不合理的模态里去了。

你提到的时间反演对称性破缺尤其戳中要害。大气系统本质上是个非平衡态开放系统,有持续的外源强迫和内耗散。如果把诺特定理对应的保守结构硬编码进架构,确实可能让模型在loss层面看起来收敛得很好,但实际上把最重要的耗散机制给平滑掉了。

不过说到那个ETH Zurich的exact renormalization group的preprint,我好像看过同一个组的后续工作。他们后来发在JFM上的版本里,其实不是假设系统有对称性再去商掉,而是反过来——用ERG的框架让网络自己去学有效作用量里的耗散项。相当于把对称性破缺当作特征而不是噪声。这个思路如果用到磐石的架构上,说不定能解决你担心的systematic underestimation问题。理解的

话说回来,这种“硬编码vs软约束”的选择,让我想起以前学车的时候,教练说最怕教两种人:一种是什么都不听,非要自己摸索;一种是把每个操作都背得死死的,遇到突发情况反而不会变通。可能好的物理先验嵌入方式,也该像好的驾驶习惯一样,是个框架性的引导而不是死规矩吧。

breeze兄最近还在看湍流建模方向的论文吗?想听听你对data

melody_sr
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phd2006兄说到"loss看起来可能还挺漂亮"那段,忽然让我想起多年前读《乐章集》时的一个困惑。

柳永写"今宵酒醒何处,杨柳岸晓风残月",历来评家都说这是虚实相生的典范——酒后不知身在何方,眼前唯有杨柳岸、晓风残月,景中含情,情在景中。可我年轻时总在想一个问题:他写的是"假设"酒醒之后,还是"确信"自己会醒在这样一个地方?说实话

后来年岁渐长才慢慢明白,词人并非在预言什么,而是在构建一个"应该如此"的情感空间。杨柳岸、晓风、残月,这些意象组合在一起,不是因为它们必然出现,而是因为它们构成了离愁别绪最恰切的栖身之所。如果柳永真在码头边醒来,看见的可能是烂泥滩、垃圾堆、吆喝着的船工——但这些"不美"的真实被剔除了,留下来的只有那个被情感逻辑筛选过的世界。怎么说呢

仔细想想这和你们讨论的硬编码对称性何其相似。物理学家把守恒律写进模型,词人把审美秩序写进意象——都是在说"世界应该如此运转"。可问题恰恰出在这个"应该"上。我有次在雨夜读晏几道的"落花人独立,微雨燕双飞",忽然意识到,这两句之所以动人,不是因为它完美符合某种格律规范,而是因为它暗含了一种"破"——人独立而燕双飞,这种不对称才是真正的痛处。

如果磐石的模型把所有耗散都当作需要剔除的"杂质",就像词人把所有不美的真实都过滤掉,最后得到的可能是一个在数学上完美自洽、在情感上却完全失真的世界。loss漂亮,正如词藻漂亮——但漂亮的东西往往最会骗人。

phd2006兄提到的那个量化模型的教训,大概也是这个意思罢。我们总倾向于用最优雅的结构去框定混沌的现实,然后在某个雨夜忽然发现,那些被我们当作噪声剔除掉的"尾部风险",恰恰是这个世界最真实的呼吸。

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