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上海交大科学家领衔提出求解三体问题周期解之路线图近期,中国科学家在NewAstronomy(96:101850,2022)上发表题为“”的论文,基于机器学习和一种极高精度的数值算法,提出求解著名的“三体问题”周期轨道之路线图。该文第一作者是上海交通大学廖世俊,第二作者是暨南大学的李晓明,第三作者杨宇是上海交通大学的博士生。任意质量的三个星球在重力作用下如何运动?牛顿1687年提出的这个著名的“三体问题”,三百余年来得到国际学术界的广泛关注,成为历史上最著名的科学问题之一。根据蒙哥马利提出的三体问题周期轨道的拓扑分类法,自1687年到1993年三百余年内,仅发现三体问题三个周期轨道家族。为什么三体问题周期轨道如此难找?1890年庞加莱发现,三体系统的运动轨迹一般不存在第一类积分(即解析解一般情况下不存在),且对初始条件非常敏感:任何微小扰动都会被指数放大,导致其轨迹与真解的迅速分离。这种轨迹对微小扰动的敏感性,1963年被Lorenz再次发现,并提出著名的“蝴蝶效应”。该特性的发现标志着“混沌动力学”的诞生,它与量子力学、相对论被认为是20世纪最伟大的三大物理理论之一。众所周知,任何数值计算都存在误差。1989年Lorenz发现,由于“蝴蝶效应”,微小的数值误差作为一种人为的小扰动,同样会导致混沌系统数值解(轨迹)的迅速偏离。特别是,Lorenz发现,如果采用双精度数值求解混沌动力系统,无任时间步长多么短,混沌系统的轨迹都不收敛。2009年上海交通大学廖世俊提出一个数值求解混沌动力系统收敛轨迹的策略,即(CNS)。CNS不仅减少数值模拟的截断误差,还采用多精度数据代替双精度,将整个数值误差降到任意小,从而可以在一个足够长的时域内获得混沌系统收敛的数值解。因此,CNS在理论上为准确获得三体问题的周期轨道铺平了道路。2017年,廖世俊团队将CNS与搜寻法和牛顿-拉弗森迭代法相结合,成功获得等质量、零角动量的三体问题695族周期轨道……;2018年……进一步成功获得两个质量相等、角动量为零的三体系统1349族新周期解。对于任意不等质量的三体问题,2021年……从一个已知的、具有相同质量的三体问题周期轨道出发,成功获得该三体系统任意不等质量的135445个周期解,将三体问题周期轨道数量增加了几个数量级,证实了CNS求解三体问题周期轨道(特别是长周期轨道)的有效性。值得指出的是,与太阳-地球-月亮这样的分级结构(hierarchical)明显不同,这135445个周期轨道是非分级结构,而且很多都是稳定的,其质量范围与2019年诺贝尔物理奖获得者MichelMayor和DidierQueloz所发现的太阳系外(具有分级结构的)第一个环绕类太阳恒星的行星相近,因此很有可能在宇宙中确实存在,有可能被天文学家观察到。

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2022年,为了进一步大幅提高计算效率,廖世俊、李晓明、杨宇将CNS与机器学习和牛顿-拉弗森迭代相结合,利用前述传统方法获得的少数周期轨道之初始条件为初步训练集,应用机器学习给出星球质量外插时三体问题周期轨道初始条件的预估值,再用CNS高精度地获得星体运动收敛轨迹,用牛顿-拉弗森法不断修正初始条件,迭代找到其精确周期轨道;并用每一次外插获得的所有新周期轨道组成一个更大的训练集,不断增加星球质量外插范围,同时不断改进机器学习模型对周期轨道初始值的预估精度,直至找到该族三体问题所有不同质量的周期轨道,如图1所示。最后,采用这样获得的所有周期轨道训练出的机器学习模型,对于(存在周期轨道之区域内)任意质量的三体问题都能足够精确地预测其周期轨道之初始条件、周期和稳定性,如图2所示。该基于CNS和机器学习的策略,将计算效率提高了几个数量级,为高效地获得三体问题的周期轨道提出了一个全新的路线图。该论文2022年在国际天文学杂志NewAstronomy上,其相关机器学习程序和周期轨道可在免费下载。值得特别指出的是,由于采用CNS,廖世俊团队及其合作者获得的(无因次)周期轨道达到60位有效精度:即使以宇宙直径(930光年)为特征长度,其初始位置的精度也达到1.0E-41米量级,远小于具有物理意义的最小长度——普朗克长度(1.62E-35米)。因此,从物理学观点而言,进一步提高计算结果的精度,没有任何物理意义,尽管采用CNS很容易做到这一点。所以,应用CNS获得的三体问题周期轨道之精度是如此之高,以至于其就是物理意义上的精确轨道。换言之,从物理上讲,应用CNS可以获得三体问题周期轨道的精确解!

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北京交通大学教授钟章队:推进轨道交通现代化2023年全国两会期间,全国政协委员、北京交通大学教授钟章队提交了《关于我国加快实施轨道交通现代化的提案》,从五个方面提出建议:一是因地制宜加强轨道交通多层分类设计,二是建设地下环形快速联络线、市域铁路环线,三是做好轨道交通新基建、数字铁路和数字平台的顶层设计,四是加快出台轨道交通5G-R(基于5G技术的铁路新一代移动通信系统)专用频率政策,五是建设现代物流骨干运输体系。中国已经是轨道交通大国,无论是高速铁路、重载铁路、城际铁路,还是城市轨道交通,总体规模和建设速度均居世界第一位。但我国轨道交通也存在一些不足之处:很多城市都有多个高铁车站,但车站间换乘、转乘效率低;乘客在高铁上上网时,会出现卡顿;等等。(经济日报)

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上海交通大学陈海波教授当选为ACMSIGOPS主席SIGOPS是国际计算机协会(AssociationforComputingMachinery,ACM)操作系统专委会,于1965年成立,是ACM历史最悠久、影响力最大的专委会之一,会员中有多为图灵奖得主。值得注意的是,陈海波教授不仅是高校学者,同时也是华为操作系统首席科学家,操作系统内核实验室主任,主要研究方向为操作系统与并行分布式系统,华为的鸿蒙OS系统就有他负责核心技术决策与研发。在此之前,他在OS系统领域就有骄人的成绩,截至2010年底,亚洲学者40年来在SOSP(操作系统原理大会,成立于1967年)上独立发表研究论文的数目仍然为零,2011年陈教授的论文被SOSP接纳,实现了中国乃至亚洲的突破。官网介绍,陈海波,上海交通大学电子信息与电气工程学院特聘教授,并行与分布式系统研究所所长,领域操作系统教育部工程研究中心主任,国家杰出青年基金获得者、IEEEFellow、ACM杰出科学家。主要研究领域为操作系统、分布式系统与系统安全,研究成果通过产学研深度结合被应用到十亿级设备,产生了广泛的学术与产业影响。曾获陈嘉庚青年科学奖(信息技术科学奖)、中国青年科技奖、教育部技术发明一等奖、全国优秀博士学位论文奖、CCF青年科学家奖等。目前担任OpenHarmony技术指导委员会首任主席、CCF系统软件专委会副主任、ACM旗舰杂志CommunicationsoftheACM首位中国学者编委与领域共同主席、ACMEuroSys2025程序委员会共同主席。研究工作还获得了华为卓越贡献个人奖,ASPLOS、EuroSys、VEE等最佳论文奖以及DSN“时间检验奖”、SIGMOD研究亮点奖等。按照csrankings.org的统计,其近5年(2018~2022)在操作系统领域顶会SOSP/OSDI上发表的论文数居世界并列第一。主持撰写的《现代操作系统:原理与实现》也获得了2020年度“最受读者喜爱的IT图书奖”与2022年上海交通大学最佳本科生教材奖(新版更名为《操作系统:原理与实现》)。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365965.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1365965.htm

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