Новая модель ИИ точно имитирует Вселенную всего за 30 миллисекунд

• Первый симулятор искусственного интеллекта во Вселенной быстрый и точный.
• Модель ИИ может смоделировать Вселенную шириной 600 миллионов световых лет за 30 миллисекунд с относительной погрешностью 2,8%.
• Удивительно, что исследователи не знают, как этот симулятор работает под капотом.

Чтобы объяснить эволюцию нашей Вселенной, ученым требуется большое количество симуляций для извлечения информации из наблюдений за небом. Процесс включает оценку миллиардов частиц с помощью точной физической модели в огромном объеме за миллиарды лет.

Астрофизики обычно используют подход, называемый моделированием N-тела, для предсказания формирования структуры Вселенной. Однако этот метод требует больших вычислительных ресурсов.

Теперь группа исследователей в Соединенных Штатах разработала новую модель - альтернативу симуляции N-тел - для создания сложных трехмерных симуляций Вселенной. Он использует методы глубокого обучения для получения более точных результатов за гораздо меньшее время.

Модель смещения глубокой плотности

Нейронная сеть под названием Deep Density Displacement Model (D3M) обучается на единственном наборе космологических параметров.

Помимо предоставления быстрых и точных результатов, он мог точно имитировать, как наша Вселенная будет выглядеть, если будут изменены определенные параметры (например, количество темной материи в космосе), несмотря на то, что модель никогда не обучалась на данных, где эти параметры менялись.

D3M моделирует влияние гравитации (самой важной силы) на нашу Вселенную. Он вычисляет, как эта сила перемещает миллиарды отдельных частиц на протяжении всей эволюции Вселенной.

Ссылка:PNAS | DOI:10.1073 / pnas.1821458116 | Фонд Саймонса

Исследователи обучили D3M примерно 8000 различных симуляций из наиболее точных существующих моделей. Глубокие нейронные сети, лежащие в основе D3M, постепенно научились давать более точные результаты за меньшее время.

После обучения модели астрофизики провели симуляцию квадратной Вселенной шириной 600 миллионов световых лет. Затем они сравнили результаты с существующими современными моделями.

Сравнение точности новой модели (D3M) и моделирования N тел, созданного с помощью лагранжевой теории возмущений второго порядка (2LPT). Средняя ошибка смещения в миллионах световых лет представлена ​​в сетке разными цветами.

В то время как точный, но медленный метод моделировал Вселенную за сотни часов, а быстрое сближение - за несколько минут, D3M выполнила моделирование всего за 30 миллисекунд.

По сравнению с существующим быстрым подходом, который имел относительную ошибку 9,3%, D3M давал более точные результаты с относительной ошибкой 2,8%.

Что действительно делает эту модель особенной, так это ее исключительная способность обрабатывать вариации космологических параметров, которые не были включены в наборы данных для обучения.

В следующем исследовании ученые попытаются смоделировать и другие силы, включая гидродинамику. Сложность модели можно еще больше повысить, добавив моделирование с более высоким разрешением.

Читайте:Вселенная расширяется на 9% быстрее, чем ожидалось | Новые измерения

Более того, они проанализируют рабочий механизм D3M, чтобы понять, почему он так хорошо экстраполируется. Это может быть действительно полезно для развития методов машинного обучения.