Home
entries friends calendar user info Previous Previous Next Next
don_beaver - Роботы, тензоры и Додо

Advertisement

don_beaver
[info]don_beaver
Add to Memories
Tell a Friend
Роботы, тензоры и Додо
Читатель сделал прекрасного "Сёрфера":
http://kumpan.livejournal.com/
Это версия перевернутого Серфера (когда волны бегут в два раза быстрее его самого - так он двигался в книге под водой). Попросим kumpan сделать и версию со стоячими волнами ног - для этого достаточно модель просто перевернуть.



Появился новый Додо-сайт
http://www.dodo-space.ru/%D0%B4%D0%BE%D0%B4%D0%BE-%D0%B1%D1%83%D0%BA%D1%81/20090708110000/
где, видимо, какие-то мои студентки одобрительно пишут про "Астровитянку".

А дальше - большой отрывок из "Полета про сингулярность" - про ТЕНЗОРЫ.


- Папа, я давно хочу тебя спросить... – странно замявшись, сказал Майкл.
Джерри насторожился. Дети любят задавать неудобные вопросы.
- Скажи мне – что такое тензор? Вы так часто с дядюшкой Хао о нём говорите...
Джерри тяжело вздохнул. Лучше бы Майкл спросил обычное: откуда берутся дети. Но отступать некуда: если не отец, то кто же расскажет ребенку, что такое тензор?
- Пойди, проверь – теплоё ли море? – сказал он сыну. Майкл послушно встал, опустил руку в солёную колышащуюся воду, полную бликов от горящего факела.
- Очень тёплая!
- А куда направлена температура у воды? – вдруг спросил отец.
- Как это – куда? – растерялся Майкл. – Никуда. Температура просто есть – она приклеена к каждой капельке воды.
- Верно, - согласился Джерри. – Температура не имеет направления. Запомним это и пойдём дальше.
Он воткнул суставчатую тростинку в песок, слегка наискосок.
- А эта палочка имеет направление?
- Да, она направлена на вершину пальмы.
- Пусть эта палочка будет всегда воткнута в эту точку. Но направление её может меняться. Сколько чисел нужно, чтобы задать направление тростинки? Например, я звоню тебе по т-фону и тростинки не вижу, а мне нужно точно знать - куда она направлена.
- Па-адумаешь, проблема, - пренебрежительно сказал Майкл. – Пусть направление на океан будет двенадцатью часами. Ты звонишь, а я сообщаю – палочка смотрит на девять часов – то есть налево, вдоль берега, и наклонена к вертикали.. ну... примерно на тридцать градусов.
- Мне нужно знать, где находится конец палки, которую я никогда не видел.
- Тогда ещё говорю её длину – два фута.
- Итак, три числа задают положение кончика палки и её направление?
- Да.
- А теперь втыкаем туда же еще одну тростинку, покороче... вот так... и наклоняем её в другую сторону. Для характеристики такой конструкции сколько нужно будет чисел?
- Папа, не задавай детских вопросов! Шесть.
- Извини, я просто стараюсь быть методичным. Конструкция из двух векторов уже гораздо богаче – например, мы можем натянуть на эти две палочки параллелограмм – две его стороны будут совпадать с этими тростинками, а ещё две параллельно повторят их.
- Это похоже на ромбовидный парус у лодки! – воскликнул Майкл.
- Верно! – радостно воскликнул отец. – Очень хорошее сравнение. Давай им воспользуемся. Представь – плывёт яхта с мачтой, реей и бушпритом. У неё поднято два паруса. Лодка качается, делает повороты, мачта, нос и рея всё время смотрят в разные точки – то в небо, то в море. Но парус всё время натянут между мачтой и реей, мачтой и бушпритом.
- Ещё бы, - сказал Майкл, - когда плывешь на лодке в океане, то лучше паруса не сворачивать.
Джерри озабоченно подумал, что любая аналогия содержит утрату точности. Но сейчас важнее было добиться общего понимания у Майкла природы тензора. Время деталей и частностей ещё придёт.
- Итак, положение двух парусов между трех векторов можно задать числами координат относительно лодки. Теперь слушай внимательно: температура, не имеющая направление, называется скаляром или тензором нулевого ранга. Скаляр характеризуется одним числом. Тростинка, воткнутая в песок, - это вектор или тензор первого ранга, который задаётся тремя числами. Паруса у лодки можно описать тензором второго ранга, для определения которого в пространстве нужно знать девять чисел. Обрати внимание - эти числа-координаты бегают, мерцают по знаку, могут даже обращаться в ноль, но сам тензор не исчезает никогда: стрела всегда сохраняет свою длину, а паруса – площадь. То есть тензор помогает мне избавиться от несущественных изменчивых деталей и даёт возможность определить главное, например, не сбили ли пираты мою мачту?
- Ага, - сказал Майкл. – Значит, тензорное исчисление помогает вам с дядюшкой Хао управлять вашими моделями, держать правильно по ветру.
- Похоже, - согласился Джерри. – но только мы используем тензоры высших рангов – и не в трехмерном, а многомерном пространстве. Это мощное средство для учёного. Многомерный тензор высших рангов – это величественный корабль, одетый в громаду белоснежных парусов. Каждый парус натянут на реях и тросах со своими координатами, и в сумме паруса образуют единую устойчивую конструкцию, двигающую корабль в нужном направлении. Человек, освоивший тензорный анализ, равен адмиралу, который умело командует эскадрой многопарусных кораблей.
- Красиво, - с уважением сказал Майкл. – Значит, математики - это адмиралы!
- На другое равенство званий я бы не согласился! – усмехнулся отец.
Comments
snowman_fedya From: [info]snowman_fedya Date: July 8th, 2009 04:47 pm (UTC) (Link)
самая главная проблема -- это не объяснить, что такое тензор.

самая главная проблема -- это объяснить, зачем нужно знание о том, что такое тензор.

(а вообще мне объяснение понравилось)
From: [info]potan Date: July 8th, 2009 05:54 pm (UTC) (Link)
Про парус не понятно. По крайней мере мне. От куда там 9 чисел? Почему они образуют тензор?
Может подросткам это и не важно, главное их заинтересовать. Но для меня тензоры - больная тема. Решив, что я не смогу понять, что такое тензор, я первый раз Физтех бросил :-).
friendlystrnger From: [info]friendlystrnger Date: July 8th, 2009 06:56 pm (UTC) (Link)
серфер клевый, но что-то не похоже, чтоб он смог предолеть камушек даже в половину высоты корпуса... может ноги длинее надо?
kumpan From: [info]kumpan Date: July 9th, 2009 05:24 am (UTC) (Link)
Кстати - красивая геометрическая задача.
Определить максимальную длину ноги (в единицах расстояния между осями)
don_beaver From: [info]don_beaver Date: July 9th, 2009 05:59 pm (UTC) (Link)

очень хорошо!

Я как раз придумал эту многоножку через математику - на листке бумаги, сидя в кафе. И нашел соотношения между максимальной длину ног, длиной серфера и проч. Какие-то там красивые соотношения получаются с Пи - но сейчас искать некогда. Хорошую работу проделали, спасибо. Полностью стоячая волна будет как раз на предельной длине ног, причем тонких, проволочных.

А вот теперь можно пойти дальше.

1. Удлиним каждую ногу: снова загнём на 45 градусов и снова на горизонталь - вернем на линию своей оси. Тогда можно сделать Серфер-катамаран с только одной волной ног между корпусами. Накроем этот катамаран пластиной: получили элемент с подвижной поверхностью. Из 3 таких элементов можно составить треугольный (в сечении) карандаш, все поверхности которого будут волнообразным образом струиться. Это минисерфер из марсианской пещеры.

2. Вернемся с первоначальному серферу. Удлиним ноги как в пункте один - и даже дальше - ведь таких зигзагов ноги (отклонений он основной оси) можно сделать сколько угодно 2-3 и далее. Сделаем 2 зигзага, но сделаем фазу второго зигзага несогласованным с первым, а так, как ноги двигаются у серфера в перевернутом положении. Тогда при движении Серфера вперед вокруг него с каждой стороны будут сразу две волны - одна квазистоячая, а другая опережающая его в два раза. И это далеко не единственные варианты согласованного фазового движения. Главное - чтобы ноги друг за друга не цеплялись. Но соблюсти это довольно просто.

Еще раз спасибо!
kumpan From: [info]kumpan Date: July 13th, 2009 12:23 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!


По №1 - не вполне понял - зачем пластина?

Не вот это имелось ввиду:
http://kumpan.livejournal.com/1756.html ?

По №2 совсем не понял. Куда зигзаги? Одна нога по прежнему плоская фигура? Можно несколькими штрихами в Paint нарисовать и выложить?

Вот как я понял описание:
http://kumpan.livejournal.com/1957.html

Но ничего интересного в таком решении нет. Просто частота пространственных волн удваивается. И по прежнему - стоячие волны внизу быстрые - сверху.




ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: July 27th, 2009 08:45 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

>Сколько чисел нужно, чтобы задать направление тростинки?

В такой формулировке вполне можно ответить „одно“.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: July 27th, 2009 08:48 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Так, извините, не на ту кнопку „Reply“ нажал. Это комментарий к самой заметке.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: August 27th, 2009 01:55 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Объясните подробнее. Не понимаю.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 03:16 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

>Сколько чисел нужно, чтобы задать направление тростинки?

Направление вполне можно задать и одним числом, если заранее установить правила, как его надо интерпретировать (для трёх чисел эти правила, очевидно, тоже надо заранее устанавливать).

Если просто дать три числа без какой-либо привязки - то по ним направление определить собеседник не сможет. А если устанавливать привязку - после этого можно описать любое направление всего одним числом.

ℝ³ ~ ℝ.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: August 27th, 2009 04:38 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Пожалуйста, приведите пример правил (привязки), после установления которых можно будет описать любое направление вектора одним числом.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 06:14 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Хм. Да можно же любую биекцию взять.

Записываем его в виде бесконечной дроби (например, в двоичной или в десятичной системе).

Получаем набор символов …abcde.fghijk….

Группируем знаки так: …321321.123123…
Получаем три упорядоченных набора знаков. Записываем их по отдельности как бесконечные дроби, точку оставляем на том же месте. Получаем три числа. Задача свелась к той же задаче с тремя числами :). Дальше берём правила (что с этими тремя числами дальше делать) оттуда, добавляем в конец - получаем наши.

Точно так же можно построить и биекцию между одним действительным числом и счётным количеством действительных чисел, с расстоянием от точки увеличивая шаг, как здесь: …4321321211.1121231234….
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 06:18 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Да, с физическим смыслом выходит туго, но в вышеизложенной формулировке задачу решает.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: August 27th, 2009 12:34 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Уточняю: с помощью трёх координат я могу задать направление и длину вектора с абсолютной точностью. Как достичь такого же точного результата с помощью одного числа? Приближенные решения не предлагать.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 03:36 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Три координаты можно упечь в одно число. Почему вы считаете моё решение приближённым? Можёт, у вас не все символы отображаются? Прилагаю два скриншота, там в паре мест использовались символы, которых может не быть в старых или неполных шрифтах. А конкретно в последнем посте были многоточия. В качестве бесконечной позиционной дроби можно абсолютно точно задать любое действительное число.

http://imagebin.ca/view/69LtUMn.html
http://imagebin.ca/view/KlXJ9x.html

Мощность любого конечномерного (да и счётномерного) линейного пространства над множеством действительных чисел равна мощности множества действительных чисел. Из этого прямо следует, что любое не более чем счётное заранее оговорённое количество действительных чисел можно однозначно (а как следствие - абсолютно точно) выразить одним. Конкретный алгоритм я дал выше.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 05:12 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Непрырывные на множестве действительных/комплексных чисел или векторов функции можно точно там одним числом задавать. Лишённым всякого явного смысла, но с абсолютной точностью.

Непрырывные почти всюду на том же множестве — тоже.
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: August 27th, 2009 05:13 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

*точно так же

Извините, не перечитал перед отправкой.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: September 6th, 2009 02:19 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Правильно ли я понимаю, что при задании координат одним числом, оно должно содержать столько же бит информации, как и три числа, определяющих координаты, например, в прямоугольной системе?
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: September 6th, 2009 07:05 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Если столько же — это бесконечно много (произвольное число из множества действительных чисел абсолютно точно нельзя задать никаким конечным количеством бит), то да. То есть это будет точно такое же по количеству информации число, как и три координаты. И точно такое же, как и одна координата.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: September 6th, 2009 10:33 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Уточню: если я задаю положение точки по трем координатам с некой заданной точностью и тем самым с неким количеством бит, то сколько бит понадобится на задание точки с той же точностью но одним числом?
ChALkeR [chalker.ru] From: [info]ChALkeR [chalker.ru] Date: September 7th, 2009 03:14 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Ну вот, вы перешли от абстрактной задачи почти к численной. :-(

Выше вы писали:

> Уточняю: с помощью трёх координат я могу задать направление и длину вектора с абсолютной точностью. Как достичь такого же точного результата с помощью одного числа? Приближенные решения не предлагать.

На этот вопрос я ответил.

Отвечаю на новый.

С некоей заданной точностью - тоже не пойдёт, на самом деле, так как чтобы задать произвольное целое число (то есть действительное с абсолютной погрешностью плюс/минус половина), нужно тоже бесконечное количество бит информации, хотя и не такое.

А вот если ещё ограничить это число по модулю - тогда да, можно. Или если сделать погрешность плавающей до такой степени, что у нас будет отдельное значение под весь диапазон с какого-то числа до плюс бесконечности.

И тут, как вы верно заметили, для задания нового числа нужно будет столько же или почти столько же бит информации, как и для задания трёх старых (либо 3n, либо 3n-1, либо 3n-2, считая что в одном старом - n), чтобы достичь той же точности определения вектора.

Сразу скажу, откуда взялись варианты, хотя это уже мелочи.
Пусть у нас одна координата вектора задаётся из чисел 0, 1, 2, 3, 4.
Одна координата несёт в себе ln(5)/ln(2) бит информации, и для её задания отдельно нужно 3 бита места. Один вектор несёт в себе 3*ln(5)/ln(2) бит информации, и для его задания нужно 7 бит места. Отсюда минус два бита, но это если считать по занимаемому месту, как вы сказали.

> сколько бит понадобится на задание точки с той же точностью но одним числом?

А так да, если задавать вектор неточно одним числом с ограниченным количеством бит информации, то это число будет в себе нести ровно столько же бит информации, сколько три отдельных координаты, задающих этот вектор с такой же точностью и с такими же ограничениями.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: September 7th, 2009 01:37 pm (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Спасибо за интересное обсуждение.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: August 27th, 2009 01:54 am (UTC) (Link)

Re: очень хорошо!

Я прошу прощения за долгий неответ: был 6 недель вне дома.

1. Пластины нужны для того, чтоба в центре трехгранного "серфёра" можно было разместить груз. Просто изоляция от движущихся ног. Кстати, если Вы сделаете ноги потолще, их будет гораздо лучше видно.

2. Конечно самое интересное решение, когда нога становится неплоской. Вот возьмите знак доллара и пусть прямая в этом знаке - это воображаемая ось, которая является продолжением реальной оси, торчащей из бока серфёра. Теперь берем набор таких ног - пока плоских. Сначала размещаем их как обычно - получаем две волны, которые двигаются в одном направлении (или почти стоят). А потом, не трогая волны, ближайшей к корпусу, полностью перекручиваем более дальнюю волну - будто бы она опрокинута. И получим волны, бегущие в разных направлениях.
xclass From: [info]xclass Date: July 9th, 2009 01:46 am (UTC) (Link)

Тензоры

Вектор - не просто три числа, а три числа, пребразующиеся определенным образом при поворотах системы координат. Так и тензор - не просто 6 чисел, а геометрический объект, см. http://galkovsky.livejournal.com/138497.html?thread=24640001#t24640001

Связь паруса (рассматриваемого как вектор) и силы ветра на парусе не является, по видимому, линейной, и вряд ли может служить примером тензора.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: July 9th, 2009 05:11 am (UTC) (Link)

Re: Тензоры

Критику приветствую. Но процитируйте, пожалуйста, мой текст - откуда следует, что вектор - это просто три числа, а тензор - просто 6 чисел (в любом случае из текста следует, что 9).
xclass From: [info]xclass Date: July 9th, 2009 10:32 pm (UTC) (Link)

Re: Тензоры

Да я, собственно, и не критикую, в том смысле, что пытаюсь поговорить про тензоры, а не про Вас и Ваши книжки. Про тензоры захотелось поговорить вот после такого отрывка:
Паруса у лодки можно описать тензором второго ранга, для определения которого в пространстве нужно знать девять чисел.
don_beaver From: [info]don_beaver Date: July 10th, 2009 04:05 am (UTC) (Link)

Re: Тензоры

Давайте, поговорим! Полагаете - нельзя описать?
xclass From: [info]xclass Date: July 11th, 2009 02:07 am (UTC) (Link)

Re: Тензоры

По разному. Зависит от употребляемых понятий. С изложения понятий я и начал.
kumpan From: [info]kumpan Date: July 9th, 2009 05:19 am (UTC) (Link)
Готово: http://kumpan.livejournal.com/

Длительность ролика увеличена.

Ясно видно что полностью "стоячие волны" относительно земли невозможны, и почему.
From: [info]lugermaxotto Date: July 9th, 2009 05:59 am (UTC) (Link)
Косые паруса могут управляться еще по двум параметрам- фалом и натяжкой галса, прямые- фалом, рифами и двумя шкотами или брасами. Тензор получается похитрее :)
From: [info]75dc287ea30b451 Date: July 17th, 2009 08:35 pm (UTC) (Link)

Точно!

"прямые- фалом, рифами и двумя шкотами или брасами. Тензор получается похитрее :)"

А еще галсы бывают и у прямых парусов тоже, да плюс еще и булини, гордени (коих на парусе может быть несколько - в смысле, больше двух) и гитовы - да и шкот брасу не помеха. Количество хреней, которые надо выбирать или травить при любой операции с прямым парусом, конкретно выносит мозг. Какой уж там тензор с его жалкими девятью числами... :)
From: [info]75dc287ea30b451 Date: July 17th, 2009 08:40 pm (UTC) (Link)

Ой...

Совсем забыл - а топенанты-то, а топенанты!..

Не, не зря на фпегатах команды были по несколько сот человек...
kumpan From: [info]kumpan Date: July 9th, 2009 06:09 am (UTC) (Link)
А почему все же парус?
Может понятнее было бы взять летящий кирпич (6 измерений).

sabbaoff From: [info]sabbaoff Date: July 9th, 2009 07:41 am (UTC) (Link)
Не романтично... ;-)
allalein From: [info]allalein Date: July 9th, 2009 09:53 am (UTC) (Link)
как эито характерно для физики:
мама что такое картошка?
- ну сынок, из картошки готовят пюре и борщ, а еще она растет в земле.
так это что?
ну у картошки еще кругло-овальная форма, она бывает большая и маленькая.
Ма-а, ты издеваешься, да? Что такое картошка?

вот про тензор примерно то же самое. ))) мальчик спросил что это, а ему объяснили для чего он нужен.

Что такое тензор?

P.S. мне очень нравится "астровитянка", тяга к знаниям действительно просыпается. :)))
спасибо Вам
vitus_wagner From: [info]vitus_wagner Date: July 9th, 2009 10:55 am (UTC) (Link)
Ну так оно все так. Тензор это математический объект, который нужен для того-то и для того-то (потому что обладает такими и такими свойствами). Объясниить "что это такое" можно только через отношение с другими явлениями. То есть через "для чего он нужен"
36 comments or Leave a comment
profile
don_beaver
Name: don_beaver
calendar
Back January 2010
12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31
page summary
tags

Advertisement

Customize