如果在生物恐怖襲擊中釋放出有毒氣體，那么通過湍急的風(fēng)，溫度變化和不穩(wěn)定的藍(lán)紫色來預(yù)測(cè)其分子路徑的能力可能意味著生命或死亡。了解城市在20年內(nèi)將如何增長(zhǎng)和變化可能會(huì)導(dǎo)致更可持續(xù)的規(guī)劃和負(fù)擔(dān)得起的住房。
推導(dǎo)出解決這些問題的方程式-將所有相關(guān)力加在一起-充其量是很難做到幾乎不可能的，而在最壞的情況下實(shí)際上是不可能的。但是機(jī)器學(xué)習(xí)可以提供幫助。
圣路易斯華盛頓大學(xué)麥克凱爾維工程學(xué)院的研究人員利用氣溶膠顆粒在整個(gè)通量系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種基于深度學(xué)習(xí)方法的新模型，該模型可以幫助研究人員預(yù)測(cè)混沌系統(tǒng)的行為，無論這些系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室，牧場(chǎng)還是其他地方。
能源，環(huán)境和化學(xué)工程學(xué)助理教授 Rajan Chakrabarty說：“這就是氣溶膠的美。” “這不僅僅是一門學(xué)科，它只是漂浮在空中的基本粒子，而您只是觀察到混亂。”
該研究發(fā)表在《氣溶膠科學(xué)雜志》上，作為封面文章 。
Chakrabarty和他的團(tuán)隊(duì)-博士后研究員Pai Liu和當(dāng)時(shí)的伊利諾伊理工學(xué)院博士研究生Gan Jingwei-測(cè)試了兩種深度學(xué)習(xí)方法，并確定了生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了最準(zhǔn)確的結(jié)果。這種AI首先被提供有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界過程的信息，然后根據(jù)該數(shù)據(jù)創(chuàng)建該過程的模擬。
在博弈論的激勵(lì)下，一個(gè)生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)既接收了地面真實(shí)數(shù)據(jù)(真實(shí)數(shù)據(jù))，又接收了隨機(jī)生成的數(shù)據(jù)(虛假數(shù)據(jù))，并試圖確定哪些是真實(shí)數(shù)據(jù)，哪些是虛假數(shù)據(jù)。
此過程重復(fù)多次，提供反饋，并且整個(gè)系統(tǒng)在生成對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練的數(shù)據(jù)匹配方面變得越來越好。
描述氣溶膠顆粒通過湍流系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)在計(jì)算上是昂貴的，因此Chakrabarty和他的團(tuán)隊(duì)需要真實(shí)的數(shù)據(jù)(一個(gè)真實(shí)的例子)來訓(xùn)練其系統(tǒng)。這是噴霧劑進(jìn)入的地方。
該團(tuán)隊(duì)在Chakrabarty實(shí)驗(yàn)室中使用了浮力相對(duì)的火焰來創(chuàng)建可以訓(xùn)練AI的示例。Chakrabarty說：“在這種情況下，我們通過引入浮力和溫差來實(shí)驗(yàn)性地給系統(tǒng)增加了混亂。” 然后，他們打開了高速相機(jī)，并記錄了煙塵顆粒蜿蜒穿過，拉近并射過火焰的3D軌跡數(shù)據(jù)集。
他們利用來自火室的數(shù)據(jù)訓(xùn)練了兩種人工智能模型：變分自動(dòng)編碼器方法和生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)。然后，每個(gè)模型都會(huì)產(chǎn)生自己的仿真。只有GAN的軌跡反映了實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)特征，從而產(chǎn)生了逼真的模擬混沌氣溶膠顆粒。
Chakrabarty的深度學(xué)習(xí)模型不僅可以模擬煙灰或化學(xué)物質(zhì)一旦釋放到大氣中后將在何處散布。他說：“您會(huì)看到許多此類混亂的例子，從覓食動(dòng)物到大氣污染物和生物威脅的運(yùn)輸，再到搜救策略。”
實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在與一名精神科醫(yī)生合作，研究治療抽動(dòng)綜合征兒童的療效。Chakrabarty解釋說：“抽動(dòng)癥是混亂的，因此典型的臨床試驗(yàn)設(shè)置可能無法有效地確定藥物的療效。
這種新的深度學(xué)習(xí)模型的廣泛應(yīng)用不僅說明了人工智能的力量，而且還可以說出有關(guān)現(xiàn)實(shí)的更多信息。
他說：“混亂或秩序取決于情人的眼神。” “這告訴您，有某些法律支配著我們周圍的一切。但是它們是隱藏的。
“您只需要發(fā)現(xiàn)它們即可。”