智能工具

在前面的部分中，我已经讨论过软件环境用于执行模拟和核心算法他们所依赖的。构建模拟环境的第一步是构建一个有用的工具箱，其中包含用于设置、运行和分析不同类型数值实验的特定模块。然而，要实现功能完备，这样的环境需要的不仅仅是一组工具，无论它们有多么灵活。另一个需要的因素是直接内置于工具中的智能程度不断提高。这将使人类实验者更多地扮演管理者的角色，而不是一个板凳工人。通过省去大量枯燥乏味的(数值)实验室工作，研究人员可以自由地专注于科学，而不是记录实验的细节。在这里，我要提到两个我最熟悉的领域。

就像粒子物理学家在实验室中进行散射实验一样，天体物理学家在数值实验室中进行虚拟散射实验。我们不是向目标板发射基本粒子，而是向双星的“目标板”发射单星，以研究双星的统计特性重力三体相互作用．

三体散射

在现代计算机上，这样的实验既简单又便宜:一个典型的三体轨道积分从开始到结束所需的时间远远不到一秒，因此，为了获得散射截面和反应速率的准确结果，做数百万次实验是完全可行的。为轨道集成编写程序也很简单，因为人们不必担心在星团模拟中长度和时间尺度的巨大差异所固有的复杂性，因为一切都是有效的本地化。

开发引力散射软件的主要问题在于其他地方:它是智能工具的创造，知道如何选择正确的初始参数来建立实验，此外还可以从错误中学习，选择越来越好的参数来提高最终结果的准确性。例如，即使确定一个横截面的值，对于给定的相遇速度和固定的双星属性和恒星质量的值，也不是微不足道的。如果一个人选择了一个过高的撞击参数值(来袭恒星的方向与瞄准双星中心方向的垂直偏移量)，大多数的相遇将是纯粹的错过，没有重大的相互作用发生。这会导致大量计算机时间的浪费。但是选择过小的影响参数值可能会导致严重低估横截面，因为忽略了那些仍然显示出显著相互作用的更广泛的相遇的影响。

挑战在于让计算机程序决定它自己选择的冲击参数，不仅是它的范围，还有它的采样密度。理想情况下，小的冲击参数应该密集采样，因为这是大多数动作发生的地方。更广泛的影响参数，其中相互作用仍然发生，但数量较少，应更谨慎地采样。最后，程序应该在二进制文件周围自动设置一个安全区，在那里它至少花费百分之几的时间对结果进行采样，以确保那里没有重大的交互发生。尽管如此，如果发现了这种相互作用，整个安全区域应该通过不断扩大来调整，直到不再发生重要的事情。让事情变得更复杂的是，什么是重要的问题取决于你想回答的问题类型:确定汇率所需的影响参数要比确定双星偏心率中轻微扰动的横截面所需的影响参数小得多。

类似的考虑发生在更高层次的散射截面的选择测量。为了确定在固定温度下的反应速率(在恒星动力学中是固定的速度弥散)，人们必须测量许多横截面，每个横截面对应不同的相对速度，而最有效的速度选择同样敏感地取决于温度，在某种程度上也取决于要求反应速率的过程。总而言之，相当数量的人工智能必须被内置到引力散射包中，这使得编写这样的程序既具有挑战性又有趣。从这篇论文开始，我就参与了一系列这样的研究双星-单星散射。一、等质量数值实验，胡特，P. &巴卡尔，j.n. 1983年出版。12,54。J。268, 319 - 341。

介绍了我们的重力三体散射自动化程序包双星-单星散射。六、相互作用截面自动确定， McMillan, S. & Hut, P.， 1996，12,54。J。467, 348 - 358。这里描述的软件是免费的，作为我们的一部分流动环境．

使用智能软件辅助实验室实验将成为恒星动力学模拟的一个越来越重要的特征，在各个方面的工作。引力三体散射只是其中一个例子，选择初始条件以及分析结果都需要相当高的智商。在其他地方，软件扮演着实验室助手的角色。在对数十万颗恒星的模拟中，处理极其罕见和意想不到的近距离接触必须在飞行中进行安排，因为根本不可能列出所有可以想象到的事件类别。例如，一个双星-双星(两颗围绕彼此运行的双星)可能会遇到一颗三星，导致一场旷日持久的五体舞蹈。当这种情况发生时，另一个三星或四星可能会加入战斗，导致等级的近距离接触。我们已经开发了自动工具来处理这些情况，并在我们的工作中实现了它们基拉代码．

我们在一篇热门文章中描述了我们对人工智能作用的看法科学高级计算，作者:Hut, P. & Sussman,G.;1987年J。,《科学美国人》,255, 145 - 153。后面是文章拓展思维，由Hut, P. & Sussman, G.J. 1995，在科学美国人:发现的胜利，亨利霍尔特参考书，(纽约:亨利霍尔特)，第197-199页。参见我们的贡献关于工具箱和望远镜，胡特，P. &萨斯曼，g.j.， 1986，在超级计算机在恒星动力学中的应用, eds。P. Hut和S. McMillan(施普林格)，第193-198页。

相关论文如下引力散射实验实验室，作者:Hut, P.， 1989, in计算机技术在动力天文学中的应用， i.a.u Colloq. 109，适乐时。动力机械。，45, 213 - 218。讨论了用恒星进行的三体散射实验向用整个星系进行的二体散射实验的扩展。在写这篇文章的时候，一个星系与星系的相遇仍然需要相当多的计算机时间。然而，考虑到计算机的速度从那时起已经提高了几个数量级，完全自动地进行数千次这样的散射实验是可行的，同时让软件测试每个实验的结果，并对产生的星系残留物进行分类。

一个美丽的框架和工具箱的经典力学，理想的构建实验室助手的软件，在书中提出经典力学的结构与解释“，，由G. J.萨斯曼和J. Wisdom合著，哈迪·梅尔(麻省理工学院出版社)，我为此写了以下文章书评，胡特，P.;2002年,在物理学基础32, 323 - 326。