Що означає моделювання вперед?

У своєму дослідженні про екзопланети я чув, як багато людей говорять про "моделювання атмосфери екзопланет" вперед. Я не знаю, що означає "вперед" в "моделюванні вперед" і як воно порівнюється з "зворотним моделюванням", якщо це навіть річ.

Що таке моделювання вперед і чому воно настільки особливе, що його потрібно відрізняти від звичайного звичайного моделювання?

Існують різні способи щось моделювати. З того, що ви запитуєте, є два основні типи моделювання: моделювання вперед та інверсне моделювання.

Моделювання вперед

У цьому типі моделювання у вас є конкретна модель, яка визначає "поточний" стан вашої системи. Що стосується атмосфери екзопланети, то, швидше за все, це буде визначати молекулярний вміст, рівень іонізації, щільність тощо вашої атмосфери екзопланети. Потім ви використовуєте відому фізику / математику вашої системи, щоб вирішити, як вона буде вести себе. У цьому налаштуванні ви створили систему прогнозування станів системи заздалегідь визначеної фізичної моделі.

Таким прикладом може бути хтось, хто створює власну атмосферу екзопланети в моделі, а потім каже: гаразд, що відбувається, коли я просвічую світло в цій атмосфері. Які спостереження я можу записати?

Зворотне моделювання

У певному сенсі це протилежне моделюванню вперед, хоча це насправді не означає, що ти запускаєш модель, щоб побачити минуле. Натомість, з цією установкою відбувається те, що ви знаєте конкретний стан або результат, і хочете побудувати модель вашої системи, яка може виробляти вказаний стан. По суті, ви хочете, щоб ваша модель прийшла в певний стан, коли це зроблено з розрахунком. Якщо це так, ви маєте розумну впевненість у тому, що ваша модель була деякою ознакою того, що насправді схожа на вашу систему.

У цій ситуації слід виміряти компоненти атмосфери, наприклад радіус планети як функцію довжини хвилі, а потім створити модель атмосфери, яка, сподіваємось, відтворить ваші спостереження. Якщо можете, то сподіваєтесь, що модель точно відображає, якою є ваша система.

Моделювання вперед - це використання моделі з метою імітації результату. Проблема отримання моделі для отримання даних із вхідних даних називається проблемою вперед .

Модель прямого перегляду приймає певні параметри і виробляє дані, які потім можна порівняти з фактичними спостереженнями.

Модерне моделювання, схоже, є загальним для використання в науках про Землю, посилаючись, наприклад, на моделі глобального клімату, сейсмічні події тощо.

Проблема вперед (пряма проблема, звичайна проблема): Проблема обчислення того, що слід дотримуватися для конкретної моделі, наприклад, обчислення аномалії сили тяжіння, що спостерігатиметься для даної моделі кухонної солі. ( Словник наук про Землю )

Протилежна процедура називається зворотною задачею :

Зворотною проблемою в науці є процес обчислення з набору спостережень причинно-наслідкових факторів, які їх створили: наприклад, обчислення зображення в комп’ютерній томографії, реконструкція джерела в акустиці або обчислення щільності Землі за допомогою вимірювань її гравітаційного поля .

Його називають зворотною задачею, оскільки вона починається з результатів, а потім обчислює причини. Це зворотна проблема вперед, яка починається з причин і потім обчислює результати.

Вирішення оберненої задачі означає, даючи набір спостережень, побудувати модель, яка їх враховує.

Я вважаю, що слід очікувати, що атмосферу екзопланет вивчають за допомогою прямого моделювання, тому що ми вже маємо адекватні моделі атмосфери для Землі та розуміння можливості їх адаптації до інших планет, тоді як у нас ще немає адекватної характеристики атмосфери екзопланет.

$A$

$y$$x$

• $x$$y$

• $y$$x$$A$

$Ax$$Ax$

Зворотне моделювання - це те, коли ви використовуєте функції своїх даних для оцінки набору базових параметрів фізичної моделі того, що відбувається.

Моделювання вперед - це те, коли ви використовуєте свою модель для передбачення того, що ви б спостерігали, і використовуйте порівняння цих прогнозів з вашими даними, щоб визначити параметри моделі.

Простий екзопланетний приклад. Розглянемо криву мізерної вибіркової радіальної швидкості. Ви можете встановити синусоїд (або еліптичний орбітний розчин) до цих даних і оцінити період, амплітуду радіальної швидкості, а потім вивести мінімальну масу для орбітальної екзопланети, підключивши ці числа, разом із оцінкою зоряної маси у функції маси формула.

Підхід до моделювання вперед розпочнеться з маси зірки та планети, уточнить орбітальний період та нахил, а потім передбачить, що буде спостерігатися - у тому числі, якщо це необхідно, функції, що дозволяють мати недосконалість та невизначеність вимірювань. Багато таких моделей виробляються та порівнюються із спостереженнями, поки не можна оцінити ймовірнісні функції для кожного з параметрів моделі.

Щоб побачити різницю між прямою та зворотною моделями, врахуйте наше розуміння того, що атом може поглинати та випромінювати лише певні дискретні довжини хвилі світла. Це ми спостерігаємо ; ми можемо побудувати просту (обернену) модель структури атома на основі цих спостережень. Але лише після того, як у нас була добре розроблена модель атома, така як квантова теорія, ми змогли передбачити поглинання та викид будь-якого атома.

Моделювання вперед базується на цих добре розвинених розуміннях і, як правило, є найбільш корисною формою моделювання.

Однак, зворотні моделі важливі, коли ми ще не добре розуміємо систему; в такому випадку спеціальні моделі в кінцевому рахунку можуть змусити нас розробити абсолютно нові моделі та розуміння - як це було в розумінні атомів і молекул до того, як квантова теорія була повністю розроблена.

Я хотів би додати відповідь pablodf76, що цілком коректно, сказати, що часто для моделювання зворотної задачі використовується моделювання вперед . Це, безумовно, найпоширеніший контекст, в якому я бачив цей термін в літературі з астрономії.

Взагалі, наявність моделі прямої передачі, а також розуміння вимірювальної невизначеності - це те саме, що функція вірогідності. (Більш загальне - це сприймати свою форвардну модель як імовірнісну). Модель прямого переходу від базових параметрів до даних (передня проблема) і поєднується зі статистичними методами - використовуючи MCMC для вибірки з задньої частини, або обчислення оцінки максимальної ймовірності, наприклад, - для вирішення зворотної задачі.

Що таке моделювання вперед і чому воно настільки особливе, що його потрібно відрізняти від звичайного звичайного моделювання?

У цьому контексті автори, ймовірно, намагаються підкреслити, що вони досягли своєї оцінки / задньої частини атмосферних параметрів з детальною атмосферною моделлю в поєднанні з деякою формою статистичного умовиводу.