Gibbs Free Energy

Stochastic Gradient Descent (SGD) ist ein weit verbreiteter Optimierungsalgorithmus, der häufig in maschinellem Lernen und statistischer Modellierung verwendet wird. Der zentrale Mechanismus von SGD besteht darin, dass er die Gradienten der Kostenfunktion nicht über das gesamte Datenset, sondern über zufällig ausgewählte Teilmengen (Minibatches) berechnet. Diese Vorgehensweise führt zu einer schnelleren Konvergenz und ermöglicht es, große Datensätze effizient zu verarbeiten.

Die mathematische Grundlage für SGD beruht auf der Annahme, dass die Kostenfunktion $J(\theta)$ bezüglich der Modellparameter $\theta$ minimiert werden soll. Der SGD-Update-Schritt wird durch die Formel

definiert, wobei $\alpha$ die Lernrate ist und $(x_i, y_i)$ ein zufälliges Datenpaar aus dem Datensatz darstellt. Die Beweise für die Konvergenz von SGD zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen (wie einer geeigneten Wahl der Lernrate und einer hinreichend glatten Kostenfunktion) der Algorithmus tatsächlich in der Lage ist, das Minimum der Kostenfunktion zu erreichen, auch wenn dies in einem stochastischen Umfeld

High Entropy Alloys (HEAs) sind eine neuartige Klasse von Legierungen, die aus fünf oder mehr Hauptbestandteilen bestehen, wobei jeder Bestandteil in ähnlichen Konzentrationen vorliegt. Diese hochentropischen Legierungen bieten bemerkenswerte Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe thermische Stabilität, was sie besonders für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrtindustrie geeignet macht. Dank ihrer einzigartigen Mikrostruktur können HEAs extremen Bedingungen standhalten, die bei der Herstellung und dem Betrieb von Flugzeugen und Raumfahrzeugen auftreten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, durch gezielte Anpassungen der Zusammensetzung und der Verarbeitung die Eigenschaften der Legierungen zu optimieren. Somit ermöglichen HEAs nicht nur eine Gewichtsreduktion, sondern auch eine Verbesserung der Gesamtleistung von Luftfahrzeugen.

Das Lindahl Equilibrium ist ein Konzept aus der Wohlfahrtsökonomie, das beschreibt, wie öffentliche Güter effizient bereitgestellt werden können. In einem Lindahl-Gleichgewicht zahlen Individuen unterschiedliche Preise für den Zugang zu einem öffentlichen Gut, basierend auf ihrer persönlichen Zahlungsbereitschaft. Dies führt dazu, dass die Summe der individuellen Zahlungsbereitschaften genau den Gesamtkosten der Bereitstellung des Gutes entspricht. Mathematisch lässt sich dies als Gleichung darstellen:

wobei $p_i$ der Preis ist, den Individuum $i$ für das öffentliche Gut zahlt, und $C$ die Gesamtkosten der Bereitstellung ist. Ein wichtiges Merkmal des Lindahl-Gleichgewichts ist, dass es sowohl Effizienz als auch Gerechtigkeit fördert, da die Zahlungsbereitschaften der Individuen die Nutzenmaximierung widerspiegeln. Wenn das Gleichgewicht erreicht ist, profitieren alle Teilnehmer, da sie nur für den Nutzen zahlen, den sie tatsächlich aus dem öffentlichen Gut ziehen.

Wirtschaftliche Externalitäten sind Kosten oder Nutzen, die durch die Aktivitäten eines wirtschaftlichen Akteurs entstehen, jedoch nicht in den Preisen der Güter oder Dienstleistungen enthalten sind. Diese Externalitäten können sowohl positiv als auch negativ sein. Ein klassisches Beispiel für negative Externalitäten ist die Umweltverschmutzung, die von einem Unternehmen verursacht wird, wodurch die Lebensqualität der Anwohner beeinträchtigt wird, ohne dass das Unternehmen dafür zur Verantwortung gezogen wird. Positives Beispiel sind Bildung und Forschung, die nicht nur dem Individuum, sondern auch der Gesellschaft als Ganzes zugutekommen.

Um die Auswirkungen von Externalitäten zu quantifizieren, nutzen Ökonomen oft das Konzept des sozialen Nutzens und der sozialen Kosten, wobei der soziale Nutzen als die Summe der privaten und externen Vorteile betrachtet wird. Mathematisch lässt sich dies als:

und

darstellen. Diese Konzepte sind entscheidend für die Entwicklung von politischen Maßnahmen, die darauf abzielen, die Effizienz und das Wohlergehen in einer Gesellschaft zu maximieren.

Magnetohydrodynamics (MHD) ist das Studium des Verhaltens von elektrisch leitenden Flüssigkeiten im Zusammenspiel mit Magnetfeldern. Es kombiniert die Prinzipien der Fluiddynamik und der Elektromagnetismus und untersucht, wie sich magnetische Felder auf die Bewegung von Flüssigkeiten auswirken und umgekehrt. MHD findet Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter die Astrophysik, wo es zur Erklärung von Phänomenen wie dem Verhalten von Sonnenwinden und den Strukturen von Sternen dient.

Die grundlegenden Gleichungen, die das MHD beschreiben, sind die Navier-Stokes-Gleichungen für Fluidströme und die Maxwell-Gleichungen für elektromagnetische Felder. Die Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Systemen werden durch die Lorentz-Kraft beschrieben, die sich aus der Gleichung $\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})$ ableitet, wobei $\mathbf{F}$ die Kraft, $q$ die Ladung, $\mathbf{v}$ die Geschwindigkeit und $\mathbf{B}$ das Magnetfeld repräsentiert. MHD spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Fusionskraftwerken und in der Verbesserung von Technologien wie Magnetlagerung und Plasmaforschung.

Das Cantor-Set ist ein faszinierendes Beispiel für einen unendlichen, aber zerfallenden Teil der reellen Zahlen. Es wird konstruiert, indem man das Intervall $[0, 1]$ in drei gleich große Teile teilt und dann das offene mittlere Drittel entfernt. Dieser Prozess wird unendlich oft wiederholt, wodurch eine Menge entsteht, die zwar unendlich viele Punkte enthält, aber keinen Intervall enthält. Mathematisch ausgedrückt lässt sich das Cantor-Set als die Menge aller Punkte $x$ in $[0, 1]$ darstellen, die in jeder der unendlichen Teilungen nicht entfernt werden. Interessanterweise hat das Cantor-Set eine Lebesgue-Maß von 0, was bedeutet, dass es in gewissem Sinne "klein" ist, obwohl es unendlich viele Punkte enthält.