※ 本文轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2016-05-02 08:19:49
看板 Gossiping
作者 標題 Re: [問卦] 碩士論文是跑模擬的有多爽
時間 Mon May 2 01:17:07 2016
雖然是個廢文，但是身為一個做模擬的博士候選人，還是回一下好了，順便談談什麼是模
擬。
先講這篇文章的問題，我可以回答的是....做實驗的人都會"誤以為"跑模擬的很爽，
包含本魯的系上其他老師同學都會有這樣的想法。
但是，實際上....有的時候反而覺得實驗的才爽.....
因為啊，實驗的結果，無論好壞都能夠發表，而且如果結果夠好解釋的理由根本隨你掰..
事實上，我就看過那種狗屁不通的物理解釋登在應用物理的頂尖期刊上.....
而模擬的結果基本上可以用一句話形容："garbage in, garbage out"
只要做出來的結果不理想，很抱歉請你重做，無論之前投入多少心血都請砍掉重練。
(模擬要花的心血其實不會比實驗少．等等再來講這塊)
而且，既然都做模擬了，讀者想看到的物理解釋一定是要更為完善的，所以不能隨便丟個
自圓其說的講法就當作沒這回事。畢竟，模擬的本意是想看實驗做不出來的東西，所以如
果所有結果實驗都能重現的話那也失去了做研究的意義。
自圓其說的講法就當作沒這回事。畢竟，模擬的本意是想看實驗做不出來的東西，所以如
果所有結果實驗都能重現的話那也失去了做研究的意義。
好啦，講完模擬的甘苦談後，就來介紹一下模擬是什麼好了。
每個領域都有模擬，而我做的是材料相關的，所以我就來談談材料模擬。
材料的模擬有很多種，橫跨的尺度很大，而不同尺度的模擬能看的問題也不同。
像原文提到的有限元素分析，是屬於連續體的模擬。
這個技巧可以處理力學以及輸送(熱傳質傳etc)相關的問題，時間與空間尺度可以很長，
只要有夠好的govern equation可以相當精準的預測實驗的結果。在實驗設計和解決工程
問題上，是相當重要的工具。
只要有夠好的govern equation可以相當精準的預測實驗的結果。在實驗設計和解決工程
問題上，是相當重要的工具。
然而，這方面的模擬有兩個困境：
1.這類模擬基本上都是從現有的物理或工程模型出發，所以就算結果重現的再好其實也無
法提出新的理論。
2.這是數學方面的問題。就算是猜錯govern equation，還是可以藉由調整參數做出接近實
驗觀察之結果。不過，這樣調出來的參數在預測其他相似系統的時候必定很容易出問題
，而且可怕的是就算知道有問題卻還是找不出問題在哪....
驗觀察之結果。不過，這樣調出來的參數在預測其他相似系統的時候必定很容易出問題
，而且可怕的是就算知道有問題卻還是找不出問題在哪....
當尺度慢慢減小，就進入了界觀尺度(meso-scale)，時間尺度大概是毫秒至微秒，而空間
尺度是毫米或次微米。此部分的問題主要是處理蛋白質、顆粒、一些流體，而統計力學的
理論在此也慢慢開始被應用。
尺度是毫米或次微米。此部分的問題主要是處理蛋白質、顆粒、一些流體，而統計力學的
理論在此也慢慢開始被應用。
對藥廠來說，這部分的模擬非常重要，因為很多藥物釋放控制都是透過這尺度下的模擬來
進行預測。
當繼續縮小，到達微米甚至奈米尺度的時候，就是我們常說的"coarse-grain"問題。
此部分的問題處理方式是將一群原子包裝成particle，並且尋找適合描述particle間作用
力的數學模型，再運用統計力學的原理進行計算預測。此部分的結果可以看大分子或是微
晶粒的動力學，例如長晶、成核之類。
力的數學模型，再運用統計力學的原理進行計算預測。此部分的結果可以看大分子或是微
晶粒的動力學，例如長晶、成核之類。
當尺寸縮到原子尺度、時間縮到奈秒至皮秒等級的時候，就進入了分子與原子模擬的領域
。這些工具可以看的行為已經是相當微觀了，例如反應與擴散的機制或是差排、雙晶等微
觀力學行為。此部分的模擬的governing equation說簡單也很簡單，就是牛頓力學啦。不
過，難是難在要如何描述 F = ma 的 F 。在此尺度下，原子間的作用力是藉由一些簡化
過的數學模型加以描述。然而，這些簡化過的模型有的仍然相當複雜，而且建構這些模型
需要相當多無機/有機化學與統計力學的背景知識，所以本身也是一門大學問.....
。這些工具可以看的行為已經是相當微觀了，例如反應與擴散的機制或是差排、雙晶等微
觀力學行為。此部分的模擬的governing equation說簡單也很簡單，就是牛頓力學啦。不
過，難是難在要如何描述 F = ma 的 F 。在此尺度下，原子間的作用力是藉由一些簡化
過的數學模型加以描述。然而，這些簡化過的模型有的仍然相當複雜，而且建構這些模型
需要相當多無機/有機化學與統計力學的背景知識，所以本身也是一門大學問.....
當繼續縮小到電子尺度的時候，就進入了第一原理計算(first-principles calculation)
的世界。
第一原理計算，顧名思義就是不需要任何實驗參數或是簡化推導的數學模型，而是直接藉
由薛丁格方程式求出原子或電子間的相互作用力。當然在這部分還是有一些假設或是簡化
啦，像是最常見的密度泛函理論(density functional theory)。這部分的計算除了可以
得出更精確的原子作用力外，很多和電子相關的行為，例如吸收光譜、介電性質、能帶結
構等等都能夠藉由此尺度下的模擬預測得知。所以，這尺度下的計算最能夠解決實驗無法
看到的問題、提出新的物理理論。然而，缺點是非常非常非常非常費時。本魯做的題目剛
好是最小尺度的原子尺度模擬與第一原理計算。有的時候跑一個模擬三個月就過去了，而
且還沒辦法提出很好的解釋，做完後發現自己還要設計更多的計算來驗證.....
由薛丁格方程式求出原子或電子間的相互作用力。當然在這部分還是有一些假設或是簡化
啦，像是最常見的密度泛函理論(density functional theory)。這部分的計算除了可以
得出更精確的原子作用力外，很多和電子相關的行為，例如吸收光譜、介電性質、能帶結
構等等都能夠藉由此尺度下的模擬預測得知。所以，這尺度下的計算最能夠解決實驗無法
看到的問題、提出新的物理理論。然而，缺點是非常非常非常非常費時。本魯做的題目剛
好是最小尺度的原子尺度模擬與第一原理計算。有的時候跑一個模擬三個月就過去了，而
且還沒辦法提出很好的解釋，做完後發現自己還要設計更多的計算來驗證.....
我們實驗室每個碩班學生的論文動輒100頁，博班如我更是預口試的時候就破200頁甚至還
有一個章節沒放在預口試論文中......
半夜三點的台北，或凌晨5點的椰林大道，我看的也不會比較少啦。
所以，說做模擬很輕鬆嗎？當想要做出好東西的時候，從來沒有什麼是輕鬆的.....
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 61.230.91.212
※ 文章代碼(AID): #1N9ZeOKb (Gossiping)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1462123032.A.525.html
推 : 沒想到這裡也看的到m大@@1F 05/02 01:20
推 : 看不懂辣 純推認真文2F 05/02 01:20
推 : 看不懂，但我論文跟內文也有個0.87％相似，推3F 05/02 01:21
推 : 做CAE的可悲之處，在於缺乏實務經驗4F 05/02 01:21
我倒是覺得如果第一原理計算尺度的模擬有學好的話，學實驗解決方法會相當容易。
系上有教授博士班時期就是做模擬的，現在也把實驗的研究室帶的有聲有色。
至於我老闆現在根本是很多老師的固定諮詢對象，碰到實驗上難以解釋的現象時都會向
我老闆請教，甚至請他幫忙想實驗方向。
※ 編輯: maxspeed150 (61.230.91.212), 05/02/2016 01:24:22
推 : 上次m大也是分享論文，看來要破關了，先恭喜。5F 05/02 01:22
推 : 有模擬女友嗎?6F 05/02 01:23
推 : 看不懂覺得李hi7F 05/02 01:23
推 : 好文推個8F 05/02 01:24
推 : 做模擬萬一口試老師是實驗派很容易被轟到歪頭 守舊實9F 05/02 01:25
→ : 小弟才疏學淺 好奇請教是哪個系所的?10F 05/02 01:25
→ : 驗派滿不喜歡數值模擬的11F 05/02 01:25
酸言酸語也不是沒遇過啦(笑)
只能拿出結果讓他們心服口服囉。
推 : 要做模擬 理論真的要很強 而且還要排超級電腦的時段12F 05/02 01:25
推 : 材料的吧13F 05/02 01:25
推 : 感覺好厲害14F 05/02 01:25
※ 編輯: maxspeed150 (61.230.91.212), 05/02/2016 01:28:44推 : 其實到業界後會發現大系統的CAE分析只能看趨勢，所以常15F 05/02 01:28
→ : 不被設計部分重視
→ : 不被設計部分重視
這就是台灣的現況啦。
不過是說有的公司也的確很重視，像某家台灣的指標性代工廠就買了一大堆的模擬軟體，
一年花了幾千萬。但是啊.....買了之後會用的人少啊，而且那家指標性公司有點各自為政
，畢竟每個主管看待模擬的態度不同，而懂這塊的主管更少....
※ 編輯: maxspeed150 (61.230.91.212), 05/02/2016 01:30:42
推 : 論文本來就很多沒驗證的狗屁 QQ17F 05/02 01:30
→ deltarobot …
推 : 有限元!!19F 05/02 01:32
→ : 做模擬結果不重要啦。在於學會寫程式出去很好找工作20F 05/02 01:32
這也倒是真的，大學長畢業後進了那個指標性代工廠，整個部門只有他一個懂coding...
※ 編輯: maxspeed150 (61.230.91.212), 05/02/2016 01:33:46
→ : 生科人表示：養個動物、種個植物、弄個細胞可以各種莫21F 05/02 01:34
→ : 名原因死掉(污染)一年半年，畢業個屁
→ : 名原因死掉(污染)一年半年，畢業個屁
→ deltarobot …
推 : 做第一原理的 工作難找啦 真的說24F 05/02 01:40
推 : 台大做第一原理 是郭老師嗎25F 05/02 01:44
推 : 生科人表示：唉26F 05/02 01:49
推 : 台灣大部分需要後段做系統的苦工27F 05/02 01:49
推 : 物理所或材料所28F 05/02 01:51
推 : 材料幫推 幫QQ29F 05/02 01:54
推 : 同是CAE模擬的給推!30F 05/02 01:55
推 : CAE模擬推推31F 05/02 01:56
推 : 實驗哪裡才爽...32F 05/02 02:00
推 : 推推33F 05/02 02:07
推 : 看不懂，看完覺得有難度~34F 05/02 02:24
推 : 我同意做要出好東西時，從來沒有什麼是輕鬆的35F 05/02 06:01
→ : 不過對於你以為實驗結果無論好壞都能發到非常不認同
→ : 但這就是跨領域間的 認知鴻溝 到也沒什麼好批評的
→ : 不過對於你以為實驗結果無論好壞都能發到非常不認同
→ : 但這就是跨領域間的 認知鴻溝 到也沒什麼好批評的
→ : 博士好辛苦38F 05/02 06:09
推 : 受教39F 05/02 06:35
--
※ 看板: K_hot 文章推薦值: 1 目前人氣: 0 累積人氣: 1407
回列表(←)
分享