第74章 第一层考验(求收藏求追读求月票)-《学霸的模拟器系统》


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    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——Kramers-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(ω)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SciPy中的优化模块least_squares。

    import numpy as np

    from scipy.fftpack import fft, ifft

    from scipy.optimize import least_squares

    “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”。
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