Добавить новость
smi24.net
News in English
Октябрь
2020

AI has cracked a key mathematical puzzle for understanding our world

0

Unless you’re a physicist or an engineer, there really isn’t much reason for you to know about partial differential equations. I know. After years of poring over them in undergrad while studying mechanical engineering, I’ve never used them since in the real world.

But partial differential equations, or PDEs, are also kind of magical. They’re a category of math equations that are really good at describing change over space and time, and thus very handy for describing the physical phenomena in our universe. They can be used to model everything from planetary orbits to plate tectonics to the air turbulence that disturbs a flight, which in turn allows us to do practical things like predict seismic activity and design safe planes.

The catch is PDEs are notoriously hard to solve. And here, the meaning of “solve” is perhaps best illustrated by an example. Say you are trying to simulate air turbulence to test a new plane design. There is a known PDE called Navier-Stokes that is used to describe the motion of any fluid. “Solving” Navier-Stokes allows you to take a snapshot of the air’s motion (a.k.a. wind conditions) at any point in time and model how it will continue to move, or how it was moving before.

These calculations are highly complex and computationally intensive, which is why disciplines that use a lot of PDEs often rely on supercomputers to do the math. It’s also why the AI field has taken a special interest in these equations. If we could use deep learning to speed up the process of solving them, it could do a whole lot of good for scientific inquiry and engineering.

Now researchers at Caltech have introduced a new deep-learning technique for solving PDEs that is dramatically more accurate than deep-learning methods developed previously. It’s also much more generalizable, capable of solving entire families of PDEs—such as the Navier-Stokes equation for any type of fluid—without needing retraining. Finally, it is 1,000 times faster than traditional mathematical formulas, which would ease our reliance on supercomputers and increase our computational capacity to model even bigger problems. That’s right. Bring it on.

Hammer time

Before we dive into how the researchers did this, let’s first appreciate the results. In the gif below, you can see an impressive demonstration. The first column shows two snapshots of a fluid’s motion; the second shows how the fluid continued to move in real life; and the third shows how the neural network predicted the fluid would move. It basically looks identical to the second.

The paper has gotten a lot of buzz on Twitter, and even a shout-out from rapper MC Hammer. Yes, really.

Okay, back to how they did it.

When the function fits

The first thing to understand here is that neural networks are fundamentally function approximators. (Say what?) When they’re training on a data set of paired inputs and outputs, they’re actually calculating the function, or series of math operations, that will transpose one into the other. Think about building a cat detector. You’re training the neural network by feeding it lots of images of cats and things that are not cats (the inputs) and labeling each group with a 1 or 0, respectively (the outputs). The neural network then looks for the best function that can convert each image of a cat into a 1 and each image of everything else into a 0. That’s how it can look at a new image and tell you whether or not it’s a cat. It’s using the function it found to calculate its answer—and if its training was good, it’ll get it right most of the time.

Conveniently, this function approximation process is what we need to solve a PDE. We’re ultimately trying to find a function that best describes, say, the motion of air particles over physical space and time.

Now here’s the crux of the paper. Neural networks are usually trained to approximate functions between inputs and outputs defined in Euclidean space, your classic graph with x, y, and z axes. But this time, the researchers decided to define the inputs and outputs in Fourier space, which is a special type of graph for plotting wave frequencies. The intuition that they drew upon from work in other fields, says Anima Anandkumar, a Caltech professor who oversaw the research, is that something like the motion of air can actually be described as a combination of wave frequencies. The general direction of the wind at a macro level is like a low frequency with very long, lethargic waves, while the little eddies that form at the micro level are like high frequencies with very short and rapid ones.

Why does this matter? Because it’s far easier to approximate a Fourier function in Fourier space than to wrangle with PDEs in Euclidean space, which greatly simplifies the neural network’s job. Cue major accuracy and efficiency gains: in addition to its huge speed advantage over traditional methods, their technique achieves a 30% lower error rate when solving Navier-Stokes than previous deep-learning methods.

The whole thing is extremely clever, and also makes the method more generalizable. Previous deep-learning methods had to be trained separately for every type of fluid, whereas this one only needs to be trained once to handle all of them, as confirmed by the researchers’ experiments. Though they haven’t yet tried extending this to other examples, it should also be able to handle every earth composition when solving PDEs related to seismic activity, or every material type when solving PDEs related to thermal conductivity.

Super-simulation

Anandkumar and the lead author of the paper, Zongyi Li, a PhD student in her lab, didn’t do this research just for the theoretical fun of it. They want to bring AI to more scientific disciplines. It was through talking to various collaborators in climate science, seismology, and materials science that Anandkumar first decided to tackle the PDE challenge with her students. They’re now working to put their method into practice with other researchers at Caltech and the Lawrence Berkeley National Laboratory.

One research topic Anandkumar is particularly excited about: climate change. Navier-Stokes isn’t just good at modeling air turbulence; it’s also used to model weather patterns. “Having good, fine-grained weather predictions on a global scale is such a challenging problem,” she says, “and even on the biggest supercomputers, we can’t do it at a global scale today. So if we can use these methods to speed up the entire pipeline, that would be tremendously impactful.”

There are also many, many more applications, she adds. “In that sense, the sky’s the limit, since we have a general way to speed up all these applications.”








На банкет – в Fish Point Family Resort

В депо «Чита» будет установлен первый цифровой весоизмерительный комплекс системы подачи песка под колесные пары локомотива

Ана Каспарян поднимает вопросы Геноцида армян, этнических чисток в Арцахе и роли Израиля в конфликте — в откровенном интервью с Такером Карлсоном. ВИДЕО

Состоялось открытие фотовыставки «Особенная красота»


Chat log from R20 of 2025: Richmond vs Collingwood

The Great Indian Kapil Show: Raghav Chadha reveals telling Parineeti Chopra to manifest he will never become the PM; says ‘Yeh jo bolti hai wo ulta hota hai’

Kolo Muani: Juventus prepare new offer but face Man United and Chelsea threat

UFC Abu Dhabi live blog: Shara Bullet vs. Marc-Andre Barriault


НПС построит новые съезды с Северо-Восточной хорды

422 л.с., полный привод: этот кроссовер стоит дешевле 3 млн рублей

В этих регионах больше всего пьяных аварий

«Деловые Линии» сократили сроки авиаперевозок по более чем 4400 направлений по России


Brütal Legend is free in honor of Ozzy Osbourne, but only for 666 minutes

Ninja Party можно предзаказать в мобильных маркетах с релизом в конце июля

Quarantine Zone creator reveals 3 reasons the zombie sim went viral on TikTok

«Если бы у Наруто и AC Shadows был ребёнок»: Разбор англоязычной версии Where Winds Meet



Как начать петь. Как начать петь песни. Как начать петь с нуля

Дорога любви: Жасмин представляет романтичный клип на песню «Ты и я»

Возобновлены прямые рейсы из Москвы в Пхеньян

Первый прямой рейс Москва – Пхеньян вылетел из Шереметьево


Пловец из Москвы скончался во время заплыва по Волге в Нижнем Новгороде

Нутрициолог Порхун назвала опасные для детей продукты

Битва за 150 миллионов. Седокову будут судить за получение наследства Тиммы

«В августе будет климатическая угроза»: синоптики дали новый прогноз на конец лета


Законченные «Циники»: Верник вышел в свет с Гухман, Редькин выпустил комикс

Подросткам могут запретить кататься на питбайках по дорогам

Тройка от «Балтики»: разгром «Спартака» и лидерство «Локомотива»

Облюбовали «звезды». Историк Васькин назвал самый желаемый дом в Москве


Калинская прокомментировала выход в финал турнира WTA в Вашингтоне

Калина потерпела третье поражение в финале турнира WTA за свою карьеру.

Россиянин Сидоренко выиграл золото Универсиады в настольном теннисе

Соболенко — об Уимблдоне-2025: это ужасно, когда твоя жизнь зависит от результата


Законченные «Циники»: Верник вышел в свет с Гухман, Редькин выпустил комикс

Битва за 150 миллионов. Седокову будут судить за получение наследства Тиммы

Подросткам могут запретить кататься на питбайках по дорогам

В РФ введут штрафы до 50 тысяч рублей и изъятие земли за захламление участков


Музыкальные новости

Распродавал дома оставил миллионный долг — что достанется родственникам Оззи Осборна и почему он избавлялся от недвижимости в США

Классика лечит: как Моцарт и Бетховен заменяют таблетки

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

Фёдор Шаляпин женился на 37-летней победительнице шоу «Кондитер»


ИИ в Подмосковье резко снизил количество жалоб на незаконную торговлю

Первый прямой рейс Москва – Пхеньян вылетел из Шереметьево

Потерянная библиотека, подземный город и бункер Сталина: какие секреты хранит Кремль

Возобновлены прямые рейсы из Москвы в Пхеньян


Московская область выиграла первый командный чемпионат России по гольфу

В мэрии назвали условия присвоения Элджею звания почётного жителя

В депо «Чита» будет установлен первый цифровой весоизмерительный комплекс системы подачи песка под колесные пары локомотива

"Спартак" крупно проиграл "Балтике" в матче второго тура РПЛ


Канал, о котором мечтали несколько веков...

ДТП произошло на внешней стороне 26-го километра МКАД

Адвокаты  Рублевка, Патриаршие пруды (Патрики), Барвиха, Рождественно, Шульгино, Раздоры, Рублево-Успенское шоссе, Огарево, Жуковка,Крылатское, Хамовники, Дорогомилово, Кунцево, Москва-сити, Филёвский парк, Фили-Давыдково Западного административного округа города Москвы

Движение в поселке Восточный ограничили из-за пожара


«Подводная лодка, демонтрированная Путину, произвела шок на Западе»

Путин поздравил Жапарова с юбилеем подписания декларации о союзничестве.

СМИ: Путин на этой неделе отправил США ominous сигнал.

Путин в День ВМФ прибыл на территорию Главного Адмиралтейства в Санкт-Петербурге


Профессор Баранова рассказала, кому опасен новый штамм коронавируса



Приговор экс-руководителю компании по производству вакцин против ковида был смягчен.

Выбор клиники гнатологии в Москве

Подозреваемый в деле бывшего руководителя вакцинного производства подписал контракт с Министерством обороны.

Клиника гнатологии в Москве


Киевский режим применил все 18 пакетов санкций ЕС

Запад ударил Зеленского по самому больному месту – кошельку: Киев показательно лишили 1,5 миллиардов помощи

Зеленский настаивает: встреча с Путиным до конца августа с участием Европы


Круговой оформил дубль за 2 минуты и помог ЦСКА впервые победить в новом сезоне РПЛ

Канал, о котором мечтали несколько веков...

Росгвардейцы обеспечили безопасность футбольных матчей в Москве

27 июля 2012 года открылись XXX летние Олимпийские игры в Лондоне


Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ

«Беларусь-1»: Лукашенко дал интервью одному из американских СМИ

Лукашенко получил приглашения от стран Латинской Америки и Азии для визитов.


Сергей Собянин. Главное за день

Собянин: На территории промзоны «Кирпичные улицы» будет создана социнфраструктура

Собянин поздравил работников центров госуслуг с профессиональным праздником

Сергей Собянин. Главное за день


Козлов объявил о возможных прямых рейсах из России в курорт Вонсан, КНДР.

РИА: глава Минприроды Козлов летит первым авиарейсом Москва - Пхеньян

Москвичей предупредили об аномальной жаре 28–30 июля

Канал, о котором мечтали несколько веков...


"КИБЕР ПУШКИН": ХОТЬ ДОМ КУЛЬТУРЫ МОЖНО НЕ СНОСИТЬ, НО ОБЯЗАТЕЛЬНО ВСЁ ПРАВИЛЬНО ДОПОЛНИТЬ И УЛУЧШИТЬ! СЕНСАЦИЯ! Россия, США, Европа могут улучшить отношения и здоровье общества!

Подросткам могут запретить кататься на питбайках по дорогам

«В августе будет климатическая угроза»: синоптики дали новый прогноз на конец лета

Проезд перекрыли из-за обрушения моста в Хабаровском крае


В Архангельске началось обучение бойцов СВО, сообщил Цыбульский.

В музее-заповеднике «Архангельское» пройдут «Jazzовые сезоны»

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский


Губернатор Севастополя поздравил моряков с Днем ВМФ

К парню с костылем подошли трое с требованием уступить. Он был готов, но заступилась бабушка по соседству

Крымский мост: информация об очередях на утро воскресенья

Прогноз погоды в Крыму на 27 июля


Цена ОСАГО оказалась выше средней по стране в 16 регионах России

«Поезд разогнали — остановить будет сложно». Известный фермер о самочувствии алтайского семеноводства

Задержка и отмена рейсов: Калининградский аэропорт "Храброво" сообщает причины

Битва за 150 миллионов. Седокову будут судить за получение наследства Тиммы














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *