深度學(xué)習(xí)(也稱為機(jī)器學(xué)習(xí))可復(fù)制數(shù)據(jù)以對(duì)問(wèn)題場(chǎng)景進(jìn)行建模并提供解決方案。但是，物理學(xué)中的某些問(wèn)題是未知的，或者無(wú)法在計(jì)算機(jī)上用數(shù)學(xué)方式詳細(xì)表示。伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新方法，該方法將物理學(xué)引入機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程中，可以做出更好的預(yù)測(cè)。

研究人員使用湍流來(lái)測(cè)試他們的方法。

“我們不知道如何以一種有用的方式數(shù)學(xué)地記錄所有的湍流。在計(jì)算機(jī)上無(wú)法表示未知數(shù)，因此我們使用了機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)找出未知數(shù)。我們?cè)趦煞N方法上對(duì)其進(jìn)行了訓(xùn)練在學(xué)習(xí)過(guò)程中同時(shí)看到了物理控制方程和物理控制方程。這就是使它神奇且起作用的原因。”威利特教授兼航空航天工程系主任喬納森·弗倫德說(shuō)。

Freund說(shuō)，這種方法的需求無(wú)處不在。

“這是一個(gè)老問(wèn)題。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，人們一直在努力模擬湍流并為其中的未表示部分建模。” Freund說(shuō)。

然后他和他的同事賈斯汀·西里尼亞諾頓悟。

“我們了解到，如果您嘗試進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)而不考慮已知的物理學(xué)控制方程，那么它就行不通了。我們將它們結(jié)合在一起就行了。”

在設(shè)計(jì)航空器或航天器時(shí)，F(xiàn)reund表示，這種方法將幫助工程師預(yù)測(cè)涉及湍流的設(shè)計(jì)是否符合其目標(biāo)。他們將能夠進(jìn)行更改，再次運(yùn)行它來(lái)預(yù)測(cè)傳熱或升力，并預(yù)測(cè)他們的設(shè)計(jì)是好是壞。

“任何想對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行模擬的人都可以使用這種新方法。他們會(huì)采用我們的方法并將數(shù)據(jù)加載到自己的軟件中。該方法可以接受其他未知物理學(xué)。并且可以加載該未知物理學(xué)的觀察結(jié)果參加訓(xùn)練。”弗洛因德說(shuō)。

該工作是使用位于UIUC的國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心(稱為Blue Waters)的超級(jí)計(jì)算工具完成的，從而使仿真更快且更具成本效益。

下一步是在更真實(shí)的湍流中使用該方法。

“我們用來(lái)演示該方法的湍流是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的配置，” Freund說(shuō)。“實(shí)際的流動(dòng)更加復(fù)雜。我還想使用其中帶有火焰的湍流方法，這是一種附加的物理類型。我們計(jì)劃在容納Exascale的新型Scramjet設(shè)計(jì)中心繼續(xù)開(kāi)發(fā)這種方法。在NCSA中。”

弗洛因德說(shuō)，這項(xiàng)工作處于研究階段，但將來(lái)可能會(huì)對(duì)行業(yè)產(chǎn)生影響。