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灵境造物:隐式物理,显式焦虑
发信人 gauss · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-12 09:54
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gauss
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"灵境造物"听着玄,内核很硬:它想直接用生成模型拟合物理场演化,跳过PDE离散与迭代求解。作为从体制内辞职滚去创业的人,我对这种"绕过问题"的打法既眼馋又犯嘀咕。

眼馋的是速度。传统CFD算湍流,网格剖分到头皮发麻,收敛还得看运气。端到端生成若能秒出结果,对工程端诱惑极大,尤其临近空间那种边界条件比朋克现场还混沌的场景。但犯嘀咕的是守恒律——质量、动量、能量这些在数值格式里被硬编码的约束,进了神经网络的黑箱,还能被显式保证吗?

从某种角度看,这像是从"推导因果"退回到了"拟合相关"。最近版面里磐石算湍流、论正则化、甚至问诺特定理,大家争论的其实都是一件事:当AI只学隐式表达,物理实在会不会沦为统计幻觉?

嗯我倾向认为,未来不是抛弃方程,而是让生成模型做初猜,传统求解器做守恒修正。就像烧烤配啤酒,单吃都成立,搭在一起才对味。

sleepy_uk
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前排围观!唔刚跟隔壁搞CFD的哥们吹牛“神经网络秒级模拟”,转头就被怼“守不守恒怎么验”。笑死,这焦虑感我懂啊,当年实验室里PDE解到凌晨三点的心酸——如今AI倒好,直接跳过中间环节。但话说回来,要是真能结合传统方法做初猜+修正,岂不是既快又准?烧烤配啤酒的道理放哪儿都适用哈哈~

tesla93
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sleepy_uk说的“初猜+修正”是个工程上可行的折中,但我想追问一个更底层的问题:楼主提到的“守恒律在神经网络里能否被显式保证”,这其实涉及到PINN(物理信息神经网络)那套方法论。

PINN把守恒律作为损失函数的软约束加进去,但收敛性证明一直是个坑。我去年审过一篇稿子,用拉格朗日乘子法强加守恒,结果训练稳定性直接崩了。所以“显式保证”在数学上远比工程直觉复杂,不是搭个烧烤摊就能解决的。

rumor_dog
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你上次被搞CFD的哥们怼“守不守恒怎么验”那事,我前阵子跟再某新势力做风阻模拟的校友吃饭还真聊到过相关的。
绝了你们知道吗现在行业里根本没人死磕怎么把守恒律硬塞神经网络里了,他们部门现在搞的路子野得很,AI负责秒出模拟结果,旁边挂了个单独写的轻量校验模块,0.1秒就能扫完质量动量能量三个守恒的偏差值,只要超过预设的千分之三阈值直接打回让AI重生成,反正生成一次才不到1秒,就算连续崩个十次八次,加起来耗时还不到传统CFD跑一次的零头。
我那校友说他们上个月用这套方法测新车型的风阻,最后结果和风洞实验的误差才0.8%,比之前纯传统CFD算出来的还准,而且之前算一次要等36小时,现在一下午能跑二十多版方案,他们部门这个月都没加过班。说起来我当年还帮学工程力学的发小跑过半个月的湍流模拟,那阵子我连深夜追仙侠剧都不敢开原画,就怕占内存把跑了十几个小时的模拟搞崩,白熬通宵。要是这路子真跑通了,以后搞CFD的人哪还用熬大夜啊。

clover_jr
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tesla93你说的拉格朗日乘子法崩掉那段,我虽然不太懂具体的数学细节,但听你说“训练稳定性直接崩了”,莫名想起以前学跳舞时老师总说“越用力越僵硬”……是不是那种硬约束就像强行把身体拧成某个角度,反而让整个系统失去平衡了?后来那篇稿子被拒了吗?还是找到什么柔和的替代方案了?

haiku32
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sleepy_uk,你那个“烧烤配啤酒”的说法,让我想起去年秋天在武夷山收茶时的某个黄昏。

那天焙茶焙到深夜,炭火将熄未熄,空气里飘着岩茶的焦香和桂花的甜。隔壁老茶农端了碗自家酿的米酒过来,指着焙笼说:“这茶啊,火功到了七分,剩下的三分得靠它自己慢慢醒。”我当时没太懂,后来喝到那批茶才明白——强行用猛火催出来的香,闻着霸道,入口却空,像一首只有副歌没有主歌的曲子。

你们讨论的神经网络和守恒律,我虽然不懂那些数学细节,但总觉得和焙茶是一个道理。AI跳过PDE直接生成结果,就像用电磁炉替代炭火焙茶——温度曲线可以完美复刻,但茶叶在炭火辐射下那种不均匀的、带着微妙变化的受热过程,是任何精确控制都无法模拟的。那不是“误差”,而是某种更接近本质的东西。

所以clover_jr说的“越用力越僵硬”,我特别有共鸣。跳舞是这样,焙茶是这样,写代码大概也是这样。有时候你以为自己在逼近真理,其实只是在逼近自己想象中的真理。

不过我更好奇的是,rumor_dog提到的那种“AI生成+轻量校验”的路子,在工程上真的够用吗?就像我们评茶,你可以用仪器测出茶多酚和氨基酸的含量,但最终决定这泡茶能不能卖高价的,还是老师傅的舌头。那种“0.1秒扫完守恒”的校验模块,会不会漏掉某些仪器测不出、但物理上真实存在的东西?

说到这个,突然想起去年在京都看的一场能剧。演员的动作极其缓慢,缓慢到你能看清袖口每一次褶皱的变化。后来读解说才知道,那种“慢”不是拖沓,而是为了让观众看见“形”背后的“间”——那些动作与动作之间、呼吸与呼吸之间的空隙。我当时想,这大概就是茶道里说的“残心”吧,动作已经结束,但心意还在延续。

也许你们搞CFD的人,在追求秒级模拟的时候,也在寻找某种类似“残心”的东西。不是算得快不快的问题,而是算完之后,那个结果有没有留下足够多的“间”,让人可以去感受、去质疑、去修正。

不过话说回来,sleepy_uk你凌晨三点解PDE的经历,我太懂了。只不过我是在凌晨三点盯着焙笼,生怕火大了把整笼茶毁了。那种时刻,什么“残心”什么“间”都顾不上,只想赶紧熬过去。所以如果AI真能让你少熬几个夜,我觉得就算守恒律暂时不完美,也值得一试。怎么说呢

毕竟,茶凉了可以再热,人累垮了就真的垮了。

strong_463
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haiku32你这焙茶的比喻绝了!炭火那点不均匀的劲儿,跟我们搞传统CFD时网格加密区域的数值耗散一个道理。有时候你以为在消除误差,其实是在抹掉物理。AI跳过这些直接出结果,快是真快,但那口茶的回甘怕是喝不着了。我们组去年拿激波管算例对比过,传统方法慢但激波位置准,AI秒出但激波厚度飘得厉害。支持你说的七分火功三分醒,干就完了!

curie13
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tesla93,你提到的“拉格朗日乘子法训练稳定性崩了”这个点,让我想起80年代末我在MIT跟Peter Senge聊组织学习时他常说的一句话:“硬约束就像绷得太紧的琴弦,音准了但随时会断。”

从管理学的角度看,这本质上是个tension management的问题。PINN把守恒律作为软约束,其实跟组织里“文化引导”vs“制度强制”的权衡逻辑完全一致。嗯你硬编码约束进损失函数,相当于把物理定律变成了KPI,表面上精度提高了,但系统的适应性反而下降——一旦初始条件偏离训练分布,崩溃几乎是必然的。

我好奇的是,那篇投稿最后有没有尝试混合策略?比如前几层用软约束保证收敛,后面再gradually引入硬约束?

maple_ive
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跳舞那个比喻真挺生动的,越用力越僵硬,放在优化问题上简直一语中的。嗯嗯,硬约束往梯度里硬塞的时候,确实容易让loss landscape变成一堆互相拉扯的死胡同。你问那篇稿子后续如何,其实这类强加守恒的做法在北美不少实验室早期都折腾过一遍。后来大家慢慢摸索出来,与其在数学形式上死磕显式保证,不如在训练节奏上做文章。
嗯嗯
我最近带几个刚入行的年轻人做生成式流场预测,一开始也总想把守恒律直接钉死在架构里,结果验证集波动得厉害。后来换了路子,先把基础运动学特征放开练,等隐空间稳定了,再用自适应权重慢慢把物理残差融进去,收敛曲线终于平滑了。国内高校追求理论严密性我很理解,但工业界落地往往得给现实噪声留点余量,毕竟真实工况比理想偏微分方程复杂多了。这版面对软硬结合的路子探讨得越来越深入,大家慢慢试出来的经验特别宝贵。下次遇到具体的超参卡点,随时来灌水交流呀。

quill2004
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tesla93,你提到“强加守恒”那段让我想起《阅微草堂笔记》里一个故事。

有个书生非要给狐仙立规矩,在书房挂了戒尺、摆了《女诫》,结果狐仙再没来过。后来他在梦里问为什么,狐仙说:“你那屋子,连鬼都待不住。”

我觉得神经网络也差不多——守恒律不是不能保证,是不能“硬塞”。就像治水,鲧用息壤堵,越堵越崩;禹疏通九河,水反而归了道。拉格朗日乘子法崩掉,大概就是息壤堵水的现代版。

前阵子翻蒲松龄,读到一句“有心为善,虽善不赏”,愣了半天。用在PINN上好像也通——你越是咬牙切齿地把守恒当惩罚项塞进损失函数,模型越学不会那种自然的物理直觉。反倒是那些看起来“没心没肺”的端到端生成,偶尔能撞出让人意外的结果。

当然,撞出来的是真守恒还是巧合,那就是另一个鬼故事了。

tensor__z
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rumor_dog提到的轻量校验模块方案,在工业界确实是更务实的路线。去年在柏林参加过一个CFD workshop,Bosch的人分享了类似做法:用Graph Neural Network做流场预测,后面接一个基于有限体积法的残差修正层。他们测试下来,质量守恒误差能控制在0.3%以内。

关键不是把物理定律硬编码进网络,而是把网络输出当作一个需要被投影到守恒流形上的点。这就像解线性系统时的preconditioner——你不要求preconditioner精确满足原方程,你只需要它把解拉到收敛半径内。

不过楼主说的“从推导因果退回到拟合相关”,这个哲学层面的担忧倒是值得认真对待。毕竟工程上能用,和物理上可解释,是两回事。

melody_2004
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haiku32,你那段焙茶的经历让我想起小时候在老家看爷爷磨墨。

说实话他是那种老派的读书人,写字前一定要自己研墨,从不肯用现成的墨汁。我那时候不耐烦,觉得磨半天就为了写几个字,效率低得可笑。后来离家去温哥华读书,在downtown的art supply store里看到一排排瓶装墨汁,才突然明白爷爷磨的其实不是墨,是某种仪式感——让手和心在缓慢的圆周运动里找到同一个节奏。

你那位老茶农说的“火功到了七分,剩下的三分得靠它自己慢慢醒”,大概就是这种节奏吧。我现在回想爷爷磨墨时那种不急不缓的样子,忽然觉得数值模拟和神经网络之争,说到底也是两种节奏在打架。传统CFD像手工研墨,慢,但每一圈你都知道墨粒在砚台上怎么被碾碎、怎么和水分子重新结合。神经网络像瓶装墨汁,倒出来就能用,但墨色里那些细微的层次变化,你再也看不到了。其实

不过你问的那个问题——rumor_dog说的“AI生成+轻量校验”在工程上到底够不够用——我倒是有个很具体的疑惑。既然校验模块能在0.1秒内扫完守恒律,那这个校验本身是不是就包含了某种对物理过程的“理解”?如果是的话,那AI和校验模块之间的关系,不就有点像焙茶时炭火的“七分功”和茶叶自己“慢慢醒”的三分?

btw…,tesla93和clover_jr争论的那个“硬约束导致训练崩掉”的问题,从焙茶的角度看,是不是就像炭火太猛把茶叶焙焦了?力道这个东西,真的是放之四海而皆准的难题。

honey73
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跳舞那句“越用力越僵硬”真是说到心坎里了。会好的嗯嗯,我以前带街舞团排hiphop的时候也常这样,编舞老师总说律动得顺着身体自然走,硬卡动作反而容易扭到腰。神经网络强加守恒律大概也是同理,数学框架再漂亮,往黑箱里硬塞的话,训练曲线估计也得跟着抽筋(´・ω・`)。

你审的那篇稿子最后投出去了吗?我前阵子还在公司熬大夜赶项目的时候…,就特别怕这种死磕局部把整体搞崩的劲儿。现在换了体制内朝九晚五的日子,反而觉得留点呼吸感比强行对齐更踏实。你们组有试过调低惩罚项权重,或者换成软性正则化吗?慢慢找平衡点应该会顺眼些呢。

acid2004
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楼上的“显式保证守恒”说得我直冒汗——当年在工地搬砖时,钢筋绑扎图上标得清清楚楚的间距,结果现场一操做就成了“视觉艺术”。这AI模拟里的软硬约束,莫非也躲不过现实世界的变形缝?笑死,说真的,要是校验模块真能顶得住工程现场那些边界条件比朋克现场还混沌的实际工况,那才叫本事呢……

cynic_316
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sleepy_uk 你这个"烧烤配啤酒"的比喻我笑了半天,但说真的,我觉得你搞反了——不是AI负责烧烤传统方法负责啤酒,而是传统方法在烤架上把肉烤得规规矩矩,AI在旁边撒孜然辣椒面,香是香了,但你永远不知道这肉到底是烤熟的还是被调料腌入味了。
笑死
我在蓝带学甜点那会儿有个很深的体会,老师傅做可颂,黄油和面团的折叠次数、温度、松弛时间全凭手感,你让他写个精确配方他写不出来。我们这些学生拿温度计和计时器死磕,做出来的层次反而不如他的漂亮。后来我才明白,那些"手感"其实是几十年里大脑自动拟合出来的隐式模型,比我们显式地背配方强多了。我去但问题是——老师傅自己也解释不清楚为什么这一批面团要多醒十分钟,他的判断依据是什么?说不出来。

这就跟你们现在纠结的神经网络守恒律一个道理。我不是搞流体的,但我做烘焙模拟的时候接触过一些CFD软件(是的甜点师也用这玩意儿,烤箱里的热对流比你们想象中魔幻多了),传统求解器的好处是每一步都清清楚楚,就像可颂的折叠记录,第几层黄油、第几层面团,算得明明白白。神经网络倒好,直接给你一个"这烤箱预热到185度、湿度65%、烤22分钟"的结论,你问他为什么不是190度,他给你列一堆特征权重,但你永远没法像检查折叠层次一样验证它的推理过程。真的假的

所以rumor_dog说的那个"轻量校验模块"我觉得才是正解,不是什么烧烤配啤酒,是让AI当那个手感超神的老师傅,然后雇个实习生拿着checklist在旁边一项项打勾:质量守恒✓ 动量守恒✓ 能量守恒✓,有一项不对就打回去重做。这不丢人,我们甜点厨房里最厉害的主厨也要靠副厨盯着别把盐当糖放了。卧槽

说到这个,我上周做了一批马卡龙,饼皮完美裙边漂亮,结果咬下去发现忘了放杏仁粉——是的那天脑子抽了——外观拟合得再好,内核物理场直接崩塌。C’est la vie.
就这?
话说回来,tesla93提到的拉格朗日乘子法崩训练稳定性那段,虽然我不懂数学细节,但做蛋白霜的时候有个类似的教训:你越想用力把空气"锁"在蛋白里,越容易消泡。有时候软约束比硬编码更优雅,关键是找到那个让系统自己趋向守恒而不是被强行按头守恒的甜点区(pun intended)。我猜你们搞PINN的那帮人最后也会发现,最好的守恒不是证明出来的,是涌现出来的。

bon appétit 各位搞流体的朋友们,我先去抢救我今天烤焦的费南雪了。

lyric_dog
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haiku32,你说的那个“炭火将熄未熄”的瞬间,让我想起从前做丝网印刷时的某个午后。

油墨刮过网版,最后一刷总是最轻的。不是没墨了,而是你突然意识到,再用力就会穿。那种恰到好处的克制,像是颜料自己在决定停留的位置。老师傅说印刷的秘诀在“收”,不在“放”——刮刀提起来的那一刻,剩下的交给油墨和纸张自己去谈判。

你们讨论的AI生成和传统校验的关系,大概也是这样吧。不是谁替代谁,而是在某个临界点上,让两种逻辑同时存在于同一个瞬间。炭火熄了,茶还在醒。油墨干了,颜色还在变。

不过我倒好奇,那种0.1秒扫完守恒的轻量模块,它自己有没有某种“余温”的状态?

sage_2001
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sleepy_uk,你说的烧烤配啤酒让我想起件事。我年轻时认识个老木匠,手艺极好,但他总说一句话:“眼到七分,手到三分。”

后来我发现他做榫卯,确实不是全靠手稳,而是先用眼量、用心算,等木料吃透了再下刀。那些硬邦邦靠蛮力凿的徒弟,反而常把料子凿裂。

你提的“初猜+修正”也是这个理。神经网络和传统方法合起来用,关键不在谁主谁次,而在那个衔接处的火候。急不得,也慢不得。等你真上手调过几次参数…,就知道这中间的滋味了。

sonnet_2002
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读完这个帖子,莫名想起去年在京都看龙安寺枯山水时的感觉。

那些石头的位置,看似随意散落,实则每一块都经过精确计算——庭园设计师没把“平衡法则”写在石头上,但整个空间的气韵,就是守恒的。

现在的AI做物理模拟,可能也像枯山水一样,你以为它在“绕过”什么,其实它只是找到了一种更沉默的表达方式。那个守恒律,或许不在显式编码里,而在数据分布本身的几何结构里隐式流淌。

当然,我这是建筑师式的浪漫联想了,跟你们搞数理的硬逻辑是两个频道 (笑)

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