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门研究反问题的大佬,只要做出一篇出来,那就是随便发表四大顶刊的程度,足以说明反问题的含金量。
但如果要在反问题的前面再加之不适定这个定语,难度就直接从困难模式飙升到了地狱模式。
不适定问题的对立面就是适定问题,根据数学家阿达马的定义,一个适定问题必须满足三个条件:解存在、解唯一、解连续依赖于定解条件。
而只要违反其中任何一条,就是不适定问题。
“这道题,几乎把不适定的雷全踩了。”
林叶看着题目,在心中疯狂吐槽起来。
“光是解就是不唯一性的!”
流体力学中存在着名的静默源现象,也就是说,不同的涡旋结构可能在远场产生完全相同的声波叠加效果。
这就好比有无数种螺旋桨型状都能产生那个特定的噪
“然后还有最麻烦的一点一不稳定性。”
这个不稳定性,就是反问题带来的。在正向计算中,微小的误差会被物理系统的耗散机制抹平;但在反向推演中,微小的误差会被指数级放大!
更不用说,现在这个不适定反问题,还别扔进了“湍流”这个混沌系统里面。
林叶感觉自己要是真的把这个问题真的给解决了,先不说最终成果的价值量有多高,光是能够解决这个问题,学术界的人估计都得说一句牛逼。
“系统啊系统,你这是逼着我重新发明流体力学啊——”
虽然嘴上在抱怨,但林叶眼中的光芒却越来越盛。
难度越大,意味着这座山峰背后的风景越壮丽。
如果真能把这个“不适定”的问题变成“适定”的,那不仅仅是解决了一个工程降噪问题,更是触及了流体与波相互作用的数学灵魂。
“来嘛来嘛来嘛!奥利给,干就完了!”
林叶拉开椅子,重重地坐下,随手抓过一本《流体动力学中的伴随方法》,翻开第一页。
瞅了一眼旁边浮现出来的倒计时框。
上面显示的是40天时间,好在不是30天,系统还算是当了一回人。
“我还就不信啃不下来这块硬骨头!”
研究正式开始。
前七天,林叶几乎没有动笔计算,而是根据系统提供的那成堆的学习资料,沉浸在基础理论的学习当中。
正所谓磨刀不误砍柴工嘛!
他重新推导了莱特希尔方程,这是气动声学的基石。
大概长这样:
看着这个方程,林叶眉头紧锁。
“莱特希尔把流体运动看作是静止介质中的声源分布,这在正问题上很有效,但在反问题上,它掩盖了涡旋的动力学本质。”
“如果不把涡旋从背景流场中剥离出来,反演计算就全都是噪声。”
他开始转向.hwe的涡声类比理论。
“声音源于涡量w和速度u的叉乘。也就是说,只有当涡旋发生拉伸、扭曲或与其他物体表面相互作用时,才会发出声音。”
时间很快过去。
第一个周里,他没有急着去解题,而是不断地在脑海中构建物理图象。
他明白,只有深刻理解了正向的物理机制,才有可能找到逆向的线索。
而从第二周开始,他便尝试构建数学框架。
他引入了伴随算子,试图推导关于涡量场的伴随状态方程。
然而,正如他预料的那样,灾难发生了。
当他试图逆向积分时,湍流的混沌特性就开始搞事了。
“操蛋!这个梯度场是发散的!”
林叶看着草稿纸上推导出的伴随变量演化方程,嘴角抽搐。
由于纳维—斯托克斯方程在雷诺数很高时对初始条件极端敏感,逆向积分会导致微小的误差呈指数级放大。而他计算出的型状敏感度梯度,充满了高频且随机的数值噪声,如果直接用这个梯度去指导螺旋桨型状优化,得到的恐怕不是光滑的曲面,而是心电图那种全都是刺的曲线了。
这就是不适定性的威力。
林叶不由产生了些许的焦虑,好在是修炼空间的效果又能让他很快地将这种焦虑的心情给忘记。
他尝试了提克霍诺夫正则化,试图平滑梯度,但效果却很差,要么就是平滑过头了,关键的涡旋结构特征被抹平了;要么就是平滑不够,梯度依然是乱码。
陷入僵局的林叶,开始疯狂地翻阅那些关于微局部分析和最优控制的籍。
直到第22天,他在一本关于压缩感知的数学专着中,看到了关于稀疏表示的概念。
一道闪电瞬间击穿了他的思维迷雾。
“我为什么非要反演整个流场?整个湍流场里,真正产生强噪音
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