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学霸的模拟器系统

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第74章 第一层考验
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语文课下课铃响起的瞬间,高三(7)班紧绷的空气才重新开始流动。 掌声散去,但那种混合着惊异与探究的目光,如同实质般汇聚在林允宁身上。 孟慧兰离开前,深深地看了他一眼,眼神里既有发现璞玉的惊喜,也有一丝难以置信的困惑。 后排,导演刘伟已经放下了那个写满笔记的本子,他没有再对摄影师小王下达任何指令,只是双臂环抱,静静地观察着。 作为一名从业近二十年的资深媒体人,他瞬间意识到自己错得有多离谱。 他原本想拍一个“故事”。 但眼前这个少年,其本身就是一种“现象”。 对于现象,任何预设的剧本都是一种亵渎。 最好的方式,就是记录。 “小王,” 他终于开口,声音平静却有力,“从现在开始,忘掉分镜。用你的直觉去捕捉,我不要漂亮的构图,我要真实的细节。” 下一堂是数学自习。 张老邪依旧抱着他的保温杯,在教室里用他特有的方式巡视。 但这次他没有靠近林允宁,只是远远地点了点头,给了他一个“你小子自己安排”的眼神。 林允宁终于能清静地打开那台IBMThinkPadX40。 indosXP的经典开机画面过后,闪动的QQ头像带来了韩至渊的消息。 【组长—韩至渊】:合成数据生成器已经部署好。你的第一个考验,现在开始。让我看看你的算法。 【附件:syntheti)。 “呵,果然让陈师兄说中了,想走捷径,门儿都没有。” 他低声自语。 不能硬解,那就只能换个思路。 问题的核心,是信息不足。 而他手里唯一被忽略的额外信息,就是物理定律本身的约束——Krars-Kronig关系。 他意识到,K-K关系在这里不应该被当作一个简单的“变换工具”,而是一个必须被严格遵守的“物理先验”。 他的最终答案,无论如何都必须满足这个约束。 那么,解题的思路就从“一步到位的求解”,变成了“戴着镣铐的寻找”。 也就是,建立一个本身就满足K-K约束的理论模型,然后通过迭代优化的方法,去寻找一组最优的模型参数,让这个模型产生的结果,去无限逼近那份带噪声的实验数据。 这,才是解决这类反演问题的正道。 而这整个算法的核心,就是那个在模拟空间里让他碰壁的幽灵—— 希尔伯特变换。 理论上,希尔伯特变换像一个完美的数学“翻译官”,能将光谱的实部与虚部进行精确互换。 但这个“翻译官”有个毛病—— 他必须读完从宇宙大爆炸到热寂的所有信息,才能开始工作。 可现实是,实验数据永远只是一个有限的片段。 让一个处理无限信号的“翻译官”,去翻译一本残缺不全、只有几百个单词的“书”,结果必然是灾难性的。 这就是问题的症结所在。 “说来说去,还是绕不过去这个坎儿啊……” 想通了这一点,林允宁将那本Rudin的《泛函分析》又拿到了面前,快速翻到关于“希尔伯特空间与算子”的章节。 他之前在《数学物理方法》里学过希尔伯特变换,但理解停留在“怎么解决物理问题”的层面。 现在,想要完善反演算法,他需要从更底层的数学结构去理解它“为什么是这样”。 【检测到前置知识《数学物理方法》,主体知识《泛函分析》已阅读,知识模块【希尔伯特变换】已收录!】 他立刻进入模拟空间。 【注入模拟时长:500小时,指定模块:【希尔伯特变换】】 【模拟开始…】 【第45小时,你彻底打碎了实空间积分的牢笼,跃迁至频域上帝视角。你洞悉了希尔伯特变换的本质——它并非一种变换,而是一种对所有频率分量进行π/2相位旋转的宇宙法则。认知框架被彻底重构。】 【知识模块“希尔伯特变换”等级提升:LV.0->LV.1概念认知】 【第198小时,你掌握了在频域中利用快速傅里叶变换(FFT)实现卷积运算的范式。通过构建一个sgn()的符号函数,你成功绕开了实空间中那个无穷积分的陷阱。】 【知识模块“希尔伯特变换”等级提升:LV.1->LV.2范式掌握】 【警告:缺少前置知识模块【复变函数LV.2】,无法继续模拟提升!】 【模拟结束。】 【模拟时长剩余:4199小时30分钟】 林允宁睁开眼,长出了一口气。 LV.2,足够支撑他构建一个数值稳定的优化模型了。 下一秒,他现实中的双手,动了。 这一次,他敲击键盘的声音不再像之前那般狂风暴雨,而是变得沉稳、精准,富有节奏感。 他没有从头写起,而是引入了科学计算库Spyasnp frosizeiortleast_sares “他好像想明白什么了……” 刘伟敏锐地捕捉到了这一点,“看他的气质都不一样了,好像胸有成竹似的。” 大导演并没说错,此时林允宁的思路清晰无比: 第一步,先对包含噪声的实验数据进行傅里叶变换。 第二步,利用K-K关系(希尔伯特变换)构建物理响应的复数模型。 第三步,将理论模型卷积上仪器响应函数。 第四步,在频域中,将理论结果与实验数据进行比对,计算它们的加权“卡方残差”。 第五步,通过加权最小二乘法,不断优化理论模型的初始参数,直到缩减卡方(²/自由度)≈1为止。 这是一个完美的闭环。 他定义了一个目标函数,其输入是待求解的模型参数,输出是理论模型与实验数据之间的残差。 在这个目标函数内部,K-K约束被作为模型的固有属性嵌入其中。 然后,他将这个复杂的、非线性的优化问题,直接扔给了身经百战的least_sares求解器。 这是一种极为现代且高效的科研思维——将物理问题精准地抽象为数学模型,然后交给最专业的工具去求解。 他写完代码,设置好初始参数,按下了运行键。 笔记本的风扇再次发出轻微的嗡鸣。 这一次,屏幕的控制台上,一行行日志飞速滚过: Iteration1:Chi-sared=152.78 Iteration2:Chi-sared=45.12 ... Iteration17:Chi-sared=0.03 Converncereached. 代表着误差的数值,以肉眼可见的速度,稳定地、不可阻挡地向零逼近。 这过程,不再像之前的“一蹴而就”,而更像一场精密的、步步为营的围剿。 然后,那个绘图窗口,再次弹了出来。 窗口里,依旧是两条曲线。 一条黑色的“真值”,一条红色的“反演结果”。 两条曲线,在噪声水平内高度一致,几乎重合在了一起! 在主图下方,那条代表着误差的蓝色线条,围绕零轴随机起伏,波动幅度与叠加的噪声水平相当。 看着屏幕上的两条曲线,林允宁终于露出了笑容。 一股源于智力巅峰的愉悦感,如同暖流般从脊髓深处升起,瞬间冲散了连日来的疲惫。 这种快感,比世间任何娱乐都更令人上瘾。 成功了! 第一关,通过! 宋子阳在旁边已经看傻了,他完全无法理解发生了什么,只觉得“宁神”对着电脑敲了一会儿,屏幕上就出现了他这辈子都看不懂的图。 林允宁满意地伸了个懒腰,截下图,发给了韩至渊。 后排,摄影师小王的手臂已经有些发酸。 但他不敢动,生怕错过任何一个细节。 刘伟则缓缓地吐出一口气,他拿起自己的笔记本,划掉了之前写的《寒门贵子》,然后,一笔一划地写下了新的标题。 这一次,他没有再改。 “小王,” 他低声说,语气里带着一种发现了新大陆的笃定,“这次,我们的主题,不是天才,也不是科学。” 他看着林允宁那个在普通校服下显得有些单薄,却又无比沉稳的背影,缓缓说道: “是“一个年轻的科学家”。从现在起,我们不用费力去解释他做了“什么”,我们要做的,是记录下他看待这个世界的“方式”。” 就在这时,林允新生电脑右下角的企鹅头像,再次闪动起来。 是韩至渊的回复。 【组长—韩至渊】:不错。迭代收敛得很快,恭喜你过了第一个考验。 【组长—韩至渊】:现在,试试这个。 【附件:real_data.zip】 ……
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