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模擬計算機的數學求解器

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-11-20瀏覽次數:1604

您的計算機執行大多數任務對于文字處理,一些計算,圖形藝術和網上沖浪,桌面上的數字盒是最好的工作工具。但是你的計算機工作方式,它的數學風格依賴于“on”和“off”1和0二進制代碼系統,并不是解決每個問題的理想選擇。

這就是為什么像圣母大學物理學教授和計算機科學與工程教授ZoltánToroczkai這樣的研究人員對數字計算充分發揮其潛力時恢復模擬計算感興趣。

Toroczkai和合作者一直致力于開發一種新的數學方法,幫助推動計算超越數字框架。他在Nature Communications上發表的最新論文描述了一種新的數學模擬“求解器”,可以找到NP難問題的最佳解決方案。

NP-硬度是一種計算復雜性的理論,其難題是眾所周知的。當變量的數量很大時,與調度,蛋白質折疊,生物信息學,醫學成像和許多其他領域相關的問題通過已知方法幾乎是不可理解的。在測試了各種NP難問題的新方法之后,研究人員得出結論,他們的求解器可以比數字計算得到更好或更快的解決方案。

模擬計算機被用來預測20世紀早期到中期的潮汐,在戰艦上引導武器,并發射NASA的第一枚火箭進入太空。他們首先使用齒輪和真空管,然后使用可配置的晶體管來解決一系列變量。他們直接執行數學函數。例如,要添加5和9,模擬計算機會添加與這些數字對應的電壓,并立即得到正確的答案。然而,模擬計算機很麻煩,容易產生“噪聲” - 信號干擾 - 并且難以重新配置以解決不同的問題,因此它們不再流行。

以軟件形式的計算機計算機是指示計算機硬件如何執行的指令集。由于該過程受限于0和1的使用,這也使得他們的編程更簡單,并且允許數字計算占據近70年。

然而,它們的局限性可能會阻止數字計算機用許多變量解決NP難題。其中一個問題是“旅行推銷員”問題,銷售人員必須在城市中開始并在旅行結束時返回城市,但在兩者之間,您必須前往列表中的所有不同城市。所有要點最有效的方法是什么?隨著越來越多的城市增加,問題變得越來越具有挑戰性。 Toroczkai指出,這個優化問題的難點在于“盡管你總能得到一些答案,但你不能確定它是否是最優的。確保沒有更好的解決方案和問題本身一樣困難。”

模擬計算的挑戰在于連續算法的設計。與具有長期算法開發歷史的數字計算不同,模擬計算機的算法缺乏類似的知識庫,因此難以設計。 Toroczkai的方法在各方面都與數字計算機的算法類型不同。

下一步是基于這種方法設計和構建設備,這將在Notre Dame的工程學院解決。模擬計算機將針對特定任務而構建,而不是針對日常計算需求。這項工作是一項名為Extreme Energy Efficient Collective Electronics(EXCEL)的大型多機構工作的一部分,該工作由Notre Dame的Suman Datta,Freimann工程主席和電氣工程教授領導,與Sharon Hu教授合作。計算機科學與工程。

“今天需要解決大多數工程問題,例如虛假容量和更好的噪聲控制,但它會實現這一點,”Toroczkai說。 “理想情況下,我希望您的桌面上有這個盒子,這是您的日程安排工具。它比普通電腦好得多。”

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