Physics-Informed Neural Networks

Das Konzept der Revealed Preference (auf Deutsch: enthüllte Präferenz) stammt aus der Mikroökonomie und beschreibt, wie die Präferenzen von Konsumenten aus ihren tatsächlichen Entscheidungen abgeleitet werden können. Die Grundannahme ist, dass die Wahl eines Konsumenten zwischen verschiedenen Gütern und Dienstleistungen seine Präferenzen widerspiegelt. Wenn ein Konsument zwischen zwei Gütern $A$ und $B$ wählt und sich für $A$ entscheidet, wird angenommen, dass er $A$ gegenüber $B$ bevorzugt, was als enthüllte Präferenz bezeichnet wird.

Diese Theorie wird häufig verwendet, um das Verhalten von Konsumenten zu analysieren, ohne auf subjektive Umfragen oder Annahmen über ihre Präferenzen zurückzugreifen. Ein wichtiges Ergebnis dieser Theorie ist die Möglichkeit, Konsumentenauswahl zu modellieren und zu prognostizieren, indem man beobachtet, welche Güter in welchen Mengen gekauft werden. Dies ermöglicht eine objektive Analyse der Nachfrage und der Marktmechanismen.

Die Raumkomplexität eines Tries (auch Präfixbaum genannt) hängt von der Anzahl der gespeicherten Wörter und der Länge der längsten Zeichenkette ab. Ein Trie verwendet Knoten, um jedes Zeichen eines Wortes zu repräsentieren, was bedeutet, dass die Anzahl der Knoten in einem Trie im schlimmsten Fall proportional zur Gesamtanzahl der Zeichen in allen Wörtern ist. Wenn wir $n$ als die Anzahl der gespeicherten Wörter und $m$ als die maximale Länge eines Wortes definieren, beträgt die Raumkomplexität im schlimmsten Fall $O(n \cdot m)$.

Zusätzlich kann die Raumkomplexität durch den Grad des Tries beeinflusst werden, da jeder Knoten eine Sammlung von Zeigern auf seine Kindknoten hat. Wenn der Trie beispielsweise für das englische Alphabet verwendet wird, hat jeder Knoten bis zu 26 Kinder, was die Speicherkosten erhöhen kann. Daher ist es wichtig, die Struktur und den Einsatz des Tries zu berücksichtigen, um die Effizienz der Speicherverwendung zu optimieren.

Der Kalman Gain ist ein entscheidendes Konzept im Kalman-Filter, einem Algorithmus, der zur Schätzung des Zustands eines dynamischen Systems verwendet wird. Er bestimmt, wie stark die Schätzung des aktuellen Zustands auf die neuen Messungen reagieren sollte. Der Kalman Gain wird durch die Gleichung

bestimmt, wobei $K$ der Kalman Gain, $P_{pred}$ die vorhergesagte Kovarianz, $H$ die Beobachtungsmatrix und $R$ die Messrauschen-Kovarianz ist. Ein hoher Kalman Gain bedeutet, dass die neuen Messungen einen größeren Einfluss auf die Schätzung haben, während ein niedriger Gain darauf hindeutet, dass die vorherige Schätzung stärker gewichtet wird. Somit spielt der Kalman Gain eine zentrale Rolle bei der Balancierung zwischen Vorhersage und Messung, um die Genauigkeit der Zustandsabschätzung zu maximieren.

Das Michelson-Morley-Experiment, durchgeführt von Albert A. Michelson und Edward W. Morley im Jahr 1887, hatte das Ziel, die Existenz des Äthers zu testen, einem hypothetischen Medium, durch das Lichtwellen sich ausbreiten sollten. Die Forscher verwendeten einen Interferometer, das es ihnen ermöglichte, die Unterschiede in der Lichtgeschwindigkeit in zwei senkrecht zueinander stehenden Strahlen zu messen. Sie erwarteten, dass die Bewegung der Erde durch den Äther eine Veränderung der Lichtgeschwindigkeit bewirken würde, was sich in einem messbaren Interferenzmuster zeigen sollte. Allerdings ergab das Experiment, dass es keinen signifikanten Unterschied in der Lichtgeschwindigkeit gab, was zu der Schlussfolgerung führte, dass der Äther nicht existiert. Dieses Ergebnis war entscheidend für die Entwicklung der Spezialtheorie der Relativität, die das klassische Konzept des Äthers überflüssig machte und die Vorstellung von Raum und Zeit revolutionierte. Das Experiment bleibt ein grundlegendes Beispiel für die wissenschaftliche Methode und die Überprüfung von Hypothesen.

Das Higgs-Boson ist von entscheidender Bedeutung für das Standardmodell der Teilchenphysik, da es das letzte fehlende Teilchen war, das die Theorie zur Erklärung der Masse der Elementarteilchen vervollständigte. Gemäß der Higgs-Theorie interagieren Teilchen mit dem Higgs-Feld, was ihnen ihre Masse verleiht. Ohne das Higgs-Boson würde das Universum, wie wir es kennen, nicht existieren, da viele fundamentale Teilchen masselos wären und nicht zu stabilen Atomen oder Molekülen führen könnten. Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012 am Large Hadron Collider (LHC) war ein Meilenstein, der nicht nur die Vorhersagen des Standardmodells bestätigte, sondern auch wichtige Einblicke in die Struktur des Universums lieferte. Diese Entdeckung hat auch neue Fragen aufgeworfen, insbesondere in Bezug auf die Dunkle Materie und die Vereinheitlichung der vier fundamentalen Kräfte.

Die Van Hove Singularity ist ein Konzept aus der Festkörperphysik, das sich auf spezielle Punkte im Energiediagramm von Materialien bezieht, wo die Dichte der Zustände (DOS) divergiert. Diese Singularitäten treten auf, wenn die Energie eines Systems bei bestimmten Wellenvektoren $k$ eine kritische Bedingung erreicht, die oft mit der Bragg-Reflexion in Kristallen zusammenhängt. Mathematisch wird die Dichte der Zustände durch die Beziehung zwischen der Energie $E$ und dem Wellenvektor $k$ beschrieben, wobei die Singularität typischerweise bei den Übergängen zwischen verschiedenen Phasen oder bei Bandübergängen auftritt.

Die Van Hove Singularitäten sind von großer Bedeutung, da sie das Verhalten von Elektronen in Festkörpern beeinflussen und damit Eigenschaften wie die elektronische Leitfähigkeit oder magnetische Eigenschaften eines Materials maßgeblich bestimmen können. In der Praxis führen diese Singularitäten oft zu verstärkten physikalischen Effekten, wie z.B. einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für Phasenübergänge oder für die Ausbildung von Korrelationseffekten in stark wechselwirkenden Systemen.