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头脑缺少智慧,就像灯笼没有点灯。
——俄罗斯谚语
好吧,终于可以谈谈仿真了!其实,苏格对数学模型仿真并不陌生。
什么是仿真?利用数学语言,由纯粹的数学语言信息模型复现现实世界中发生的本质过程,称为仿真。
什么是模拟?利用数学仿真模型通过数据发布手段,以研究现实的未来趋势为目的的过程,称为模拟。
不过任微青所说的柔性仿真数学模型远不止于此!任微青将传感数据与仿真模型连接在一起,使数学模型以在线的传感数据为输入,进行在线的仿真。这种在线的仿真模型通过传感数据跟踪现实运动状态。这种虚拟跟踪现实,是柔性仿真的“柔性”之精髓。
苏格有些兴奋,因为他明白了一件很重要的事,信息资源化的意义。随即,苏格心中又是一阵悲凉,我们引以为傲的人类智慧,只不过建立在人的五感生物效率的基础之上,仍旧是一种最原始的生物效率。
苏格脸上一阳一阴的变化,让罗春木有些摸不到头脑,显然,罗春木并没有明白任微青所说的信息资源化的含义。
罗春木脸一红,不甘心地问:“信息资源化,却不具有功能,这是怎么回事?”
任微青心里清楚,除了楚可可和苏格之外,在座的恐怕很多人都和罗春木一样不明白,只是罗春木有勇气将不知道讲出来而已。
任微青并不打算过度解释,简单地说:“资源的目的性由需求决定,而需求必然基于实用发生;智慧构建在信息充分的基础之上,先有信息资源才有智慧功能。”
苏格却不愿意罗春木过多浪费机会,他想到另外一个障碍。数学语言只能有限的仿真现实,受制于数学模型本身的有限性,也受制于感测信息的有限性(感测信息测不全)。数学仿真模型的有限性,决定了任何仿真必然是有限的仿真。任何做过仿真模型的人都会碰到这个问题,苏格团队也是。
虽然,任何表达方式都不能无损的表达事物的完整信息;但是,数学语言仍旧是目前最恰当的表达方式。现实世界的事物,物质与能量关系复杂的交织在一起,没有孤立的规律事件发生。为了仿真的实际可行,必须设定边界!
于是,苏格问:“在‘全息’和‘失真’二者之间,似乎很难把握。”
任微青:“所谓‘全息’,只是一个理想状态;现实中,这是个伪命题。”
既然存在不可避免地存在“失真”,那构建数学模型又有什么意义呢?不能因噎废食,至少可以更接近真相!以实际应用目的为依据来把握信息的精度与模型的边界,数学描述永远只能接近真相,不可能实现理想中的全息。
这不是技术问题,而是经济问题。失真是相对的,过度追求保真并不经济,恰好可以满足功能需要才是最经济的。在未来实际的功能需求中,失真情况会因需求的变化,而得到应有的改善。任何数学语言不可能无限真实地描述现实;而现实也无法无限精细地到达数学描述的状态。因此,以实际应用为目的,只需有限精细描述现实事物的有限片段即可。
苏格说:“猎人套装是一个布满了各种感测器的设备,即使是在线监测数据流也是海量的。目前,也只能利用传统手段,感测自动控制反馈。即使自我学习,算法也是解析法,数据利用效率很低。!”
楚可可补充说:“仿真模型所描述的是参数的场分布,并生成网格化数据阵列。我总感觉这些海量的数据一定有应对办法,却一时说不上来。”
任微青:“其实,你们沿着这个思路继续走下去,一定可以也自己解决。保存在线的传感数据,意义不大。这如同看一部数字化电影,没有人可以做到将每一帧图片完整的记录。观众需要的是故事,而不是画面的像元,我们需要的也是仿真数据的故事,而不是每一个具体的数据。”
苏格听懂了大概的方向。他和楚可可的感觉一样,只知道方向,却仍然不知道具体该怎么做,他觉得有些地方还没有想通,一时又不知如何问起。这需要时间,他最缺的就是时间。他知道,任微青可以帮助他节约时间。
任微青似乎知道苏格的困惑,他说:“仿真数学模型实际上就是一种传感数据流的基本处理方法。“数学模型”是计算机利用数学逻辑语言构建的对现事物对象的总体描述,其中的多参数耦合关系,就是我们所说的规律。”
苏格:“哦?怎么说?”
任微青:“仿真是通过多参量之间因果律数据耦合而得以实现,但这仍旧不算最终解决信息资源化,作为资源性的数据,还需要解决数据的‘通俗性’和‘可阅读性’问题。”
苏格似乎有些思路了。有限元仿真的出现,几乎与计算机在同一个年代发展起来的。只不过仿真从来都是在有人设定参数的前提下单独进行,而从没有自主让计算机联通仿真对象现场的传感器。通过传感将现实与数学模型连接起来,进行“模型修正”不正是机器“学习”吗?而“模式识别”不正是机器“决策”吗?
感知是信息之源,也是智慧之祖。
“机器学习”是通过获得传感数据进行自主的“模型修正”过程,使认知主体掌握的模型耦合“经验、规律”更加的接近真实情况。利用反馈原理修正的“数学模型”,这与“生物原型”的机理是一样的。
把我们已经掌握的教给计算机,通过人工建粗糙的模型,再交给计算机“学习”的更精细。
世界上有两万多种传感器,即使这样,也只能测量少量的物理量参数;利用数学模型仿真技术,可以实现多参量的自动耦合、修正,形成信息闭环结构。绝大部分不能被测量的参数,却可以被耦合关系间接获得,这种间接获得的参数称为“间接参数”,也可以称之为“耦合关系”。
通俗地说,在一个被测对象上安装了各式传感器,进行多参量在线测量;将被测对象视为一个‘传感器’,而这些安装于其中的传感器只是‘敏感元件’,这些‘敏感元件’通过‘数学模型’实现关联耦合。这些‘间接参数’就是‘传感器’输出目标数据。
“柔性仿真”是现实世界转换为信息资源的重要步骤。“柔性仿真数学模型”的“柔性”体现在:实时传感数据成为了“仿真数学模型”的一个部分。任何一次细微的修正,都是计算机逻辑运算的过程,都需要一次重新的仿真,使得这种修正与“数学模型”整体再一次全局关联耦合。
传感器参数是实时变化的,“柔性仿真数学模型”也必然是实时变化的。关键在于,实现“柔性仿真数学模型”跟踪现实事物的能力,实现了现实世界的信息变成了一种信息资源。即,信息资源化思想。
通常,把来自于感测部分的信息,称之为“果然信息(果然发生)”。而把来自认知主体的主观判断信息,称之为“如果信息(如果规律)”。
感知信息只能来自于过去,无论信息的来的有多快;认知信息只能干预未来,无论智慧有多高。我们先进的科技,无非是掌握自然的规律的充分程度,以规律信息为依据高效地驾驭能量。
即使是关于未来的“如果信息”,如,判据、规律、认知、决策……等等,对于“数学模型”而言都是一种参数。在数学模型中,描述其中一个参数的时间变化曲线,这种曲线对于信息提取与保存意义重大。这正是苏格所需要的大数据处理能力,解决了传感数据流“在线加工”问题。通过仿真模型可以很容易描述任何一个参数的时间变化曲线。
简单地说,能把历史的动态“参数——时间”变化描述出来,自然也可以将曲线延伸至未来。
“太好了!”
苏格教授心中一阵狂喜,经不住叫了起来!苏格高兴得像一个孩子一样,楚可可从未看见这样的苏教授,不禁偷偷地一阵轻笑。
苏格兴奋地说:“仿真模型通过传感与现实连接在一起,除了实时动态跟踪现实变化以外,还可以通过数据耦合实现‘模型修正’,就像人类的学习方法一样。通过背景信息进行的‘模式识别’,就像人类的判断方法一样。这多么像图灵、香浓、维纳这些先驱们设计信息机器的初衷,多么契合他们要找的答案!”
不一会,苏教授又皱起了眉头,事情看起来还不那么简单。这让大家想起了金庸小说中的“武痴”,苏教授就是一个现实版的“技术痴”。
苏格仍旧不知道该如何在一个柔性的动态仿真模型中,寻找到一个有用的“故事”。这个问题恐怕是今天一时解决不了的。他相信,这只是时间问题。
虽然苏格给自己留下了一个作业,但他可不想就这么轻易地放过任微青,这个年轻人的脑子里有太多的惊奇了。
在任微青心里,其实更关注另外一个问题:机器智慧的自我归纳问题!或然率更可靠,用因果律证明因果关系,本身是以绝对因果律为前提,而事实上这是个悖论!
也许……
大约10多年后,苏格见识到了这个柔性仿真数学模型的威力。
2030年,由各国的国家天文台联合实施了一个“司雨”工程。顾名思义,这个工程就是控制全球的气象信息。目的是让地球按照人们希望的那样,一切资源得到最恰当的规划和利用。而气候是一切生产活动的根本条件。
原本计划在全球的范围内布设了10亿个传感器,并设置了10万个数据采集站,占用全球20%的计算机资源用于运算仿真模型。
而工程师们在工程实施的过程中,传感器数量不得不增加到30亿个,测量边界不得不延伸。向内深入到地球内部的地质活动,向外延伸到太阳、月球的活动监测。而数据采集站也相应增加至30万个。
可是最后,项目还是遇到不可逾越的瓶颈——计算资源不足。
按照当时的仿真需求,即使占用全球80%的计算资源,也不可能实施必要的仿真速度需要。这在当时,几乎不可能实现。科学家们不断地优化计算方法,并不断地调整仿真地精细度。人们不得不面临一个悖论:即使用尽地球上地全部资源,也不可能“全息”出整个地球。
这个问题直到10年以后才得以解决,因为光子计算机的出现。
所谓光子计算机,又被称之为量子计算机。该计算机是以光子替代电流进行运算。在电子计算机半导体芯片中,硅基芯片通常用离子植入法将掺杂物掺入硅中构成元件的N型和P型部分,在硅片上形成元件。无论芯片怎么小,P/N单元都每次二进制表述都不会只有一个电子,而我们的工艺工程师总在朝更少的电子这个方向努力。但是,这种工艺在21世纪的10年代就遇到了工艺瓶颈,摩尔定律失效。
“司雨”工程几经坎坷,最终在2041年宣布成功了。从此,整个地球告别了各种气象灾害,这个系统像神仙那样可以控制地球上发生的各种气候。
这是一项宏伟的工程,也是一项十分伟大的工程。