Машинное обучение поможет физикам искать новые частицы
- Информация о материале
- Категория: ИТ статьи
- Опубликовано: 02.02.2019, 18:02
- Автор: HelpDesk
- Просмотров: 1198
Ученые предложили новый подход к поиску необычных событий в данных ускорителей частиц, таких как Большой адронный коллайдер. Описанный метод использует машинное обучение и, по замыслу авторов, должен значительно ускорить процесс поиска и существенно сэкономить затрачиваемые на него вычислительные ресурсы. Физики опубликовали две статьи с описанием разработки: одну в Physical Review Letters, вторую в Physical Review D.
Концептуально поиск новых частиц в данных ускорителей выглядит просто: надо всего лишь посчитать и сравнить два числа: вероятность, что событие вызвано новой частицей, и вероятность, что оно произошло без ее участия. Если первое число существенно больше второго, то совершено открытие. На практике же подсчет этих вероятностей настолько сложен, что физики используют приближения, чтобы сразу оценить отношение величин. Тем не менее такой подход все равно требует внушительного вычислительного времени, из-за чего огромное количество информации необходимо сохранять и обрабатывать отдельно спустя время.
Что такое текстовый редактор? Клавиатура компьютера отличается от клавиатуры печатной машинки всего несколькими экстра-клавишами. В наши дни компьютеры чаще всего используются в качестве редакторов текста: нечто вроде печатной машинки, но только «умной», способной хранить текст и манипулировать с ним. Несколькими ударами клавиш писатель может вставить в текст слова или стереть их, передвигать целые предложения или параграфы. Новые возможности произвели революцию в устаревшем процессе написания текста и его редактирования, облегчив и ускорив его. Писатели и редакторы могут теперь исправлять текст до бесконечности, пока полностью не будут удовлетворены им, а затем компьютер сам отпечатает чистую, без ошибок, копию. Целые книги могут быть написаны, отредактированы и отпечатаны на компьютерном диске, так ни разу и не попав на бумагу.
С древнейших времен люди пользовались числами. Даже самые примитивные племена производили сложные вычисления, необходимые в сельском хозяйстве, торговле, навигации. Приспособления для счета постепенно прогрессировали от доисторических каменных фишек до счетов.
Только в XVII веке немецкие и французские странствующие медники изобрели более совершенный инструмент, первую счетную машину, которая функционировала при помощи встроенных в нее зубчатых колесиков.
В XIX веке англичанин Чарльз Баббидж сконструировал паровую машину, которая могла извлекать квадратные и кубические корни и выполнять еще несколько функций. Хотя Баббидж никогда не воплотил свою конструкторскую модель в жизнь, при ее создании были применены многие принципы, используемые в современных компьютерах. С изобретение электричества пришли электрические калькуляторы, основанные на перфокартах и реле. Первый современный компьютер не был создан отдельным человеком, он стал результатом многочисленных экспериментов, проводившихся в 1930-1940 гг. в Англии, США и Германии.
История математики началась, когда людям понадобилось иметь дело с числами и регистрировали количество животных в своих стадах, хотя и не имели письменной численной системы. При счете они использовали гальку или зерна, которые поштучно складывали в мешки. Для больших сумм они применяли пальцы рук, которые обозначали числа от десяти до двадцати. Они вывели концепцию числа как символа, существующего отдельно от вещи, которая подвергалась счету.+ По мере того как вычисления становились все более сложными, люди изобретали приспособления, которые помогли бы им облегчить процесс счета.
Одним из первых таких инструментов стали счеты. Хотя их происхождение не установлено, счеты были известны еще древним грекам и римлянам. Первоначально счеты представляли собой песчаную поверхность, вощеные таблички или каменную плиту с отметками, обозначавшими позиции чисел, с гальками, при помощи которых и осуществлялся счет. Римляне называли использовавшуюся при счете гальку calculi, откуда и произошло слово «калькулятор». В раннем средневековье в Средней Азии появились восточные счеты – рамка с бусинами, нанизанными на перекладины.
История его изооретения относится к тому периоду, когда на запад страны хлынули волны переселенцев с востока. В качестве специального агента по переписи населения в США в 1880 году Холлерит изучал мучительно медленные процедуры счета. Армия клерков годами вручную работала над данными переписи 1880 года. К тому времени, когда они проанализировали, систематизировали и опубликовали данные переписи, прошло уже пять лет с момента ее проведения. Оттолкнувшись от идеи перфокарт, Холлерит разработал карточки с двенадцатью рядами по двадцать дырочек в каждом, в которых была закодирована информация о возрасте персоналии, месте рождения, семейном положении, количестве детей и т. д.
Информационные технологии. Что это? В последнее время, так часто, приходится слышать о каких-то там информационных технологиях. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе. Информационные технологии, Information_technology, ИТ, it, ну или компьютерные технологии, кому как удобнее. Не будем вдаваться в разного рода замудренные определеня этой науки, а выразим все проще- информационные технологиии- это любая деятельность, направленная на обработку информации т.е. данных с применением любой техники, работающей с любой информацией. Даже, счеты, которыми раньше пользовались вместо калькуляторов, так же являются информационными технологиями. Конечно, с появлением компьютерной техники, информационные технологии были выведены на новый, более значимый, уровень.
Этапы развития информационных технологии
Появились же информационные технологии, тогда когда изобрели письменность. Т.е. тогда, когда научились обрабатывать информацию. Далее появилось книгопечатание, изобрели телеграф, телефон, радио (Что я отмечаю каждое 7 мая, ведь моя первая специальность- радист, телевидение и, наконец, ЭВМ. Существует много мнений на счет этапов развития информационных технологий, но вот основные из них: По виду задач и процессов обработки информации:
Принтер является основным компонентом вывода, осуществляющим постоянное копирование данных на бумаге. Существует множество разновидностей принтеров с различными скоростями, возможностями и ценой. Некоторые работают медленно, но воспроизводят текст так же четко, как и тот, что вы сейчас читаете; другие работают быстро, но смазывают печать, а третьи лучше всего приспособлены для иллюстраций. Принтеры, в которых используются молоточки как в печатной машинке, через чернильную ленту ударяющие по бумаге, называются контактными. В неконтактных принтерах молоточки не используются. К примеру, устройство струйной печати выстреливает по бумаге капельками чернил, а в лазерном принтере применяются световые лучи, как в фотокопировальной машине. Но наибольшее распространение получили контактные принтеры.
Мир полон изменяемых величин. Некоторые величины изменяются непрерывно, некоторые шаг за шагом. К примеру, такие явления, как температура и громкость звука, изменяются незаметно, мы не замечаем разделения или перехода от одной величины к другой. Величины, которые изменяются непрерывно, или бесшагово, называются аналоговыми величинами. В противоположность им, переключатель электрического тока может быть либо включен, либо выключен, среднего не дано. Возьмем номер телефона 123-45-67, следующий будет 123-45-68, и ничего посередине.
Архитектура современных компьютеров была разработана еще в 1945 году. При таком методе команды и данные хранятся вместе в памяти компьютера. Набор команд, называемый программой, и данные загружаются в память. Память разделена на индивидуальные ячейки, так что и команды и данные в любой момент могут быть найдены. Центральный процессор (ЦПУ) содержит программный счетчик, обеспечивающий порядок команд. После каждой операции программный счетчик продвигается на один шаг. Другие компоненты ЦПУ, включают контрольный модуль, который руководит пошаговыми операциями по обработке данных; арифметический логический модуль (АЛМ), осуществляющий операции со сложением, вычитанием и сравнением. Справа изображены шаги, объясняющие, как компьютер оперирует командами и данными, чтобы выполнить простое задание «сложение».
Человеческое существо, взглянув на текст на этой странице, мгновенно узнает знакомые образцы, из которых состоят буквы и слова. Компьютеру, чтобы осуществить то же самое, требуется специальное оборудование и сложная программа. На первом этапе оптическое сканирующее устройство должно «прочитать» текст и ввести его в компьютер. Затем компьютер должен проанализировать каждый символ текста, чтобы правильно идентифицировать материал. Эта задача может быть усложнена разнообразием шрифта и размера.
Компьютеру следует сравнить каждый символ с имеющимися у него образцами, идентифицирующими буквы. Закончив с отгадыванием букв, компьютер сохраняет текст для дальнейшего просмотра или отпечатки. Компьютер, оборудованный синтезатором голоса, может прочитать текст вслух, после того как определен синтаксис, ударение, интонация. Чем больше входят компьютеры в повседневную жизнь, тем важнее становится их способность принимать печатный текст и читать его вслух.
Впервые компьютер участвовал в сочинении музыки, когда в 1950 году композиторы Лорен Миллер и Леонард Исааксон написали «Или-Сюита для струнного квартета» при помощи компьютера. Но сюита, названная по имени компьютера, была исполнена человеческим струнным квартетом. В наши дни компьютеры могут не только сочинять, но и исполнять музыку разнообразных стилей.
Компьютер может сочинять музыку, если он снабжен алгоритмом извлечения последовательности музыкальных нот. Компьютер может извлекать звуки, синтезируя формы волны в соответствии с вычислениями или управляя вибратором. К 1970 гг. компьютеризированные синтезаторы стали таким же обычным явлением, как гитара на рок-концерте. Изобретательные музыканты экспериментировали также над возможностями компьютера в области классической музыки, ее композиции и исполнения. Глубинная связь музыки с математикой открыла новые горизонты для творческой работы с компьютером.
Что такое искусственный интеллект или чем компьютер отличается от человека. Средневековый британский математик Вильям Шэнкс провел большую часть своей жизни, вычисляя ценность числа Пи, и довел свои вычисления до 707-го места после запятой. У компьютера это отнимет меньше секунды.
Скоростью и точностью вычислений компьютеры намного превосходят людей, как и способностью хранить огромное количество информации. Тем не менее компьютеры ограничены в способности анализировать и понимать информацию, в то время как люди легко распознают образцы и отделяют релевантную и не релевантную информацию. Кроме того, люди могут учиться на собственных ошибках.
Компьютер, анализирующий карту с целью установить оптимальный маршрут из пункта А в пункт Б, будет перебирать все возможные комбинации маршрутов, независимо от их относительной практичности. Человек, опираясь на свой относительный опыт, учитывая пробки в час пик и опасные участки пути, быстро вычислит оптимальный маршрут. Компьютеру недостает способности человека оценивать ситуацию, исходя из опыта. У компьютера также отсутствует наиболее важная и неуловимая черта человека: воображение.
Компьютерный дизайн и компьютерное производство произвели революцию в проектировании автомобилей, воздушного и наземного транспорта. Раньше проектировщики машин моделировали прототипы из глины, затем тщательно измеряли модель, чтобы получить штамповочные размеры. В наше время, создавая модель на компьютере, дизайнеры достигают большей точности в проектировании и в производстве, чем когда-либо прежде. Вместо того чтобы помещать глиняные модели в ветряные туннели, чтобы оценить их аэродинамические характеристики, проектировщики могут подвергнуть модель компьютерному тестированию и удостовериться в ее устойчивости. Точно так же прочность машины может быть проверена без затрат на разрушение автомобиля. Компьютеры могут тестировать машины и на такие факторы, как вибрация, теплопроводность, видимость. Даже внутреннее строение машины может быть спроектировано на компьютере, что позволяет достичь более эффективного дизайна двигателя и пассажирского салона.
Компьютеры коренным образом изменили картографию, упростив сбор и показ всего комплекса данных, предназначенных для составления карты. Информация по геоморфологии и рельефу местности, полученная с надземных и спутниковых съемок, может быть выражена в цифрах и введена в компьютер для дальнейшего использования при составлении карт.
Точно так же уже существующие карты могут быть просканированы и выражены в цифровой форме в виде компьютерных данных. Картографические базы данных могут также включать информацию о городах, автомобильных и железных дорогах, флоре и хозяйственной деятельности человека на данной территории. Поскольку вся информация записана в компьютер в цифровой форме, она может быть реорганизована различными способами в зависимости от предназначения карты.
В раннюю компьютерную эпоху операторы время от времени выдумывали игры, чтобы занять свое свободное время. Так праздное развлечение превратилось в гигантскую индустрию. В наши дни большинству популярных компьютерных игр не требуется компьютер; вместо этого игроки пользуются специальными телевизионными приставками. Картриджи игрового программного обеспечения содержат программы и экранные инструкции, которые сначала обрабатываются, а затем посылаются в телевизор. Контроллер - джойстик или мышь - преобразует движения игрока в цифровые сигналы, которые поступают в программу. Программа интерпретирует эти сигналы и совмещает движения на экране. Экранные данные обрабатываются группами по несколько элементов растра, что сохраняет биты и увеличивает скорость. Эти группы, называемые символами, создаются на внутренней карте и включают как подвижные образы, так и неподвижный фон.
Телевизионная приставка
Игровое устройство состоит из микропроцессорной схемы и имеет пазы, куда вводится игровой картридж.На картридже хранятся данные и программы, а дополнительные инструкции вводятся игроками при помощи контроллеров
Штриховой код (Штрих код, штрихкод) - хорошо знакомая всем последовательность из черных и белых линий на упаковках продуктов - это двоичный код, сходный с тем, который используется в компьютерах. Последовательность чередующихся черных и белых штрихов позволяет производителям и торговцам закодировать и указать необходимую информацию о товаре: его подлинность, цену, производителя. Когда покупатель приобретает в магазине товар, кассир просматривает его при помощи сканера штрих-кодов - прибора, исследующего код световым лучом. Отраженный луч возвращается назад и попадает в светочувствительное устройство, называемое фотодетектором. Поскольку белые полосы сильнее отражают свет, чем черные, фотодетектор может преобразовать отраженный свет в двоичный электрический сигнал; затем сканер посылает сигнал в регистр кассы и в компьютер магазина. Это ускоряет время торговой операции и автоматизирует инвентаризацию.
Все компьютерные вычисления производятся в двоичной системе с использованием базовых электронных элементов - разнообразных видов переключателей. Некоторые из этих переключателей - AND(и), OR(или), XOR(исключающее или) - называются логическими элементами, потому что каждый из них дает логический предустановленный результат при использовании двоичного кода. Поскольку они работают и на проведении и на сопротивлении электрического тока: нет напряжения - означает 0, есть напряжение - означает 1, логические элементы иначе называются воротами. Все эти «ворота» похожи между собой тем, что каждый из них имеет больше одного ввода, но всего один вывод.
Логический элемент AND(и) дает 1 на выводе, только если все его вводы соответствуют единице. Точно так же «ворота» OR(или) дают ноль на выводе, если все его вводы равны 0. «Ворота» XOR(исключающее или), напротив, дают 1 на выводе, если на вводе один 0 и одна 1, и производят 0, когда на вводе два ноля и две единицы. Всего на трех элементах, подобных этим, компьютерщики разработали компьютерные схемы (нижняя диаграмма справа), такие как сумматорная схема, которая выполняет сложение.
Всем известно, что компьютеры могут выполнять вычисления с большими группами данных на огромной скорости. Но не все знают, что эти действия зависят всего от двух условий: есть или нет ток и какое напряжение. Каким же образом компьютер умудряется обрабатывать такую разнообразную информацию? Секрет заключается в двоичной системе исчисления. Все данные поступают в компьютер, представленные в виде единиц и нулей, каждому из которых соответствует одно состояние электропровода: единицам - высокое напряжение, нулям - низкое или же единицам - наличие напряжения, нулям - его отсутствие. Преобразование данных в нули и единицы называется двоичной конверсией, а окончательное их обозначение - двоичным кодом. В десятичном обозначении, основанном на десятичной системе исчисления, которая используется в повседневной жизни, числовое значение представлено десятью цифрами от 0 до 9, и каждое место в числе имеет ценность в десять раз выше, чем место справа от него.
Как и следует из названия, карманный компьютер (КПК) достаточно мал, чтобы поместиться в кармане пользователя. Снабженный не только цифровыми, но и литерными клавишами, портативный компьютер может выполнять сложные программы и редактирование текста в дополнение к обычным вычислениям.
Кроме того, у карманного компьютера экран больше, чем у калькулятора, и он способен производить графику. Отдельные модели могут быть подсоединены к большому компьютеру, причем последний становится для них источником питания. Маленькие размеры компьютера позволяют пользователям превращать любое место, будь то комната в гостинице, кафе в аэропорту, столик в ресторане, в офис. Это его качество - портативность - особенно ценно для тех, чья профессия связана с частыми поездками. К началу 90-х годов возрастающий спрос превратил портативные компьютеры в наиболее быстро растущий сектор компьютерной индустрии.
Современный бизнес любого масштаба не обходится без компьютера. Кроме стандартных функций - редактирования текстов и математических операций -бизнес-компьютеры помогают менеджерам принимать наиболее оптимальные решения. Бизнес-компьютер, одним ударом клавиши способный организовать и проанализировать информацию, может быть использован для составления экономических прогнозов, планов роста компании или для разработки методов безотходного производства. В типичной компании имеется центральный компьютер - большая ЭВМ в крупных фирмах, и так называемый мини-компьютер - в небольших, которые поддерживают компьютер - редактор текста или персональный компьютер на каждом рабочем месте. Если рабочие станции связаны между собой посредством сети данных, коллеги могут обмениваться информацией и идеями почти мгновенно.
Никакая другая область индустрии не была так революционизирована с появлением роботов, как автомобилестроение. Роботы значительно превосходят людей в выполнении такой монотонной утомительной работы, какой является сборка автомобилей. На производственных линиях роботы штампуют детали автомобилей, сваривают их, красят, устанавливают аксессуары, транспортируют компоненты между рабочими станциями. Роботы даже могут проверять качество своей собственной работы, их сенсоры улавливают малейшие дефекты, которые могут ускользнуть от человеческого глаза. Использование роботов заметно продвинуло производительность автомобильной индустрии. Автоматы не только выполняют работу круглые сутки, они - если правильно запрограммированы - почти не допускают ошибок. Это позволяет строить автомобили быстрее и дешевле.
Компьютеры стали обычным явлением в каждом современном автомобиле.
Бортовые компьютеры контролируют существенные аспекты функционирования автомобиля, включая торможение и рулевое управление. Они также отвечают за подвеску, приборы и работу мотора. Водитель и пассажиры не могут управлять установленными в машине компьютерами; их программы хранятся в ПЗУ(постоянных запоминающих устройствах) и не могут быть изменены. Сначала компьютеры устанавливались в автомобилях, чтобы снизить загрязнение воздуха, после того, как правительство [США] выпустило законы, устанавливающие нормы выбросов выхлопных газов в атмосферу. Сенсоры в выхлопной трубе анализируют выбросы и передают информацию в микропроцессор.
Микропроцессор, в свою очередь, регулирует эффективность сжигания топлива для снижения уровня вредных выбросов. Сенсоры, где бы они ни устанавливались, собирают информацию о состоянии колес, тормозов и подвесной системы, чтобы обеспечить безопасную мягкую езду. Компьютеры могут осуществлять десятки мельчайших исправлений в секунду, постоянно приспосабливаясь к меняющимся условиям. Они предотвращают скольжение колес перед торможением. Компьютер регулирует уровень тормозной жидкости с тем, чтобы колеса продолжали вращаться. Компьютеры помогают смягчить тряску на неровной дороге, направляя давление на амортизаторы.
Компьютерное преступление - это незаконное вторжение, или, попросту говоря, доступ к компьютерным программам и данным. В обществе, которое все больше полагается на компьютеры, опасность компьютерных преступлений постоянно возрастает.
Компьютерные преступники украли миллионы долларов у различных компаний, незаконно снимая их фонды с компьютерных счетов. Используя вирус-программы, которые несут разрушение от компьютера к компьютеру, они вывели из строя целые компьютерные сети. Чуть менее опасными, но столь же неприятными являются компьютерные черви -программы, которые встраиваются в систему и заполняют собой все пространство памяти, пока компьютер не перестанет выполнять свои непосредственные задачи.
Программисты разработали средства защиты, способные противостоять этим преступлениям. Большинство больших компьютерных систем, к примеру, требует от пользователя ввести пароль, прежде чем он получит доступ в файл. А некоторые системы запрограммированы на самозащиту: специальные программы фиксируют каждую попытку получить доступ в систему и предупреждают оператора о наличии вируса.