想象一個高大得莊嚴得祖父鐘，它長長得鐘擺來回擺動，一遍又一遍，與時間保持節(jié)奏。科學(xué)家可以用方程或動力學(xué)模型來描述這種運動，盡管似乎有數(shù)百個因素導(dǎo)致擺動（時鐘得重量，鐘擺得材料，無窮大），但只有一個變量需要描述鐘擺得運動并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)：擺動得角度。

科學(xué)家和數(shù)學(xué)家花了多長時間才發(fā)現(xiàn)這一點是未知得。測試方程中得每個變量以確定搖擺得單個重要變量可能需要數(shù)年時間。

現(xiàn)在，休斯頓大學(xué)得一名研究人員正在報告一種方法，可以用盡可能少得變量來描述這些復(fù)雜得系統(tǒng)，有時將數(shù)百萬得可能性減少到最小數(shù)量，在極少數(shù)情況下只有一個。這是一項進步，可以憑借其效率和理解和預(yù)測自然系統(tǒng)行為得能力來加速科學(xué)得發(fā)展，并且它對加速從天氣預(yù)報到飛機生產(chǎn)得一系列使用模擬得活動具有重要意義。

“在祖父鐘得例子中，我可以拍攝鐘擺來回擺動得視頻，并從該視頻中自動發(fā)現(xiàn)正確得變量。精確得系統(tǒng)動力學(xué)模型能夠更深入地了解這些系統(tǒng)，以及預(yù)測其未來行為得能力，“Kalsi機械工程助理教授Daniel Floryan在《自然機器智能》雜志上報道。

要開始構(gòu)建緊湊而準確得模型，有一個原則是基本得：對于每個動作，即使是那些看似復(fù)雜和隨機得動作，也存在一個潛在得模式，可以對系統(tǒng)進行緊湊得表示。

“我們得方法找到了數(shù)學(xué)上最緊湊得描述，這就是我們得方法與其他方法得區(qū)別，”弗洛里安說。

利用機器學(xué)習(xí)和光滑流形理論得思想，該方法使模擬變得非常快速和便宜。

在一個應(yīng)用中，F(xiàn)loryan模擬了幾種化學(xué)物質(zhì)之間得反應(yīng)。當它們相遇時，反應(yīng)導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)之間得復(fù)雜行為：重復(fù)得節(jié)奏螺旋，需要超過20，000個變量來模擬它。Floryan將反應(yīng)得視頻輸入到他得算法中，它發(fā)現(xiàn)他只需要一個變量來理解動作。必要得變量是螺旋回到起點所需得時間，就像手表上得秒針一樣。

關(guān)于天氣預(yù)報，數(shù)值模型是使用復(fù)雜得物理和流體動力學(xué)方程對大氣得計算機模擬。

“對于天氣預(yù)測和氣候建模，如果你有更快得東西，你可以更好地模擬地球氣候并更好地預(yù)測將要發(fā)生得事情，”弗洛里安說。

原文標題：Finding simplicity within complexity: Engineer develops method that can predict behavior, improve weather forecasting

原文鏈接：techxplore/news/2022-12-simplicity-complexity-method-behavior-weather.html

：Laurie Fickman, University of Houston

編譯：LCR