Research Notes

在完美公式與混亂現實之間:為什麼我還在推導解析解?

Between Perfect Equations and Messy Reality: Why Do I Still Derive Analytical Solutions?

2026-02-15 · Analytical Solution · Physics-Guided AI

算一算,我研究解析解(Analytical Solution)已經超過十一年。從博士班到博後,無數夜晚都在推導那些可能包含無窮級數的方程式。

學生常問我:「老師,現在數值模式這麼強,甚至 AI 也能快速產生結果,為什麼還要花這麼多力氣推導解析解?」

這是一個好問題。對我來說,解析解不只是答案,而是一把「尺」。

解析解是在嚴格假設下得到的精確數學解,例如均質地層、無限邊界等。它代表物理上的理想狀態。當然,我們都知道真實地下環境絕不理想,存在斷層、污染與各種非均質介質。

但正因為現實複雜,我們更需要這把尺。沒有物理基準,面對混亂數據時,你甚至無法判斷模型偏離了多少。

近年我的研究逐漸轉向「物理導向機器學習(Physics-Guided AI)」,本質上是把過去十多年的物理建模能力,和新一代資料方法整合。

我們不再嘗試用單一完美公式強行解釋所有現象,也不盲信黑盒子的預測。我的做法是先用解析解建立基準(benchmark),定義在理想條件下,地下水流與熱傳應該呈現的行為。

接著把真實觀測資料疊上去,兩者之間必然存在落差,也就是殘差(residual)。

過去很多人把殘差視為雜訊或測量誤差。但在機器學習框架下,我們看到殘差其實含有高價值資訊:它可能反映地層非均質性,也可能暗示尚未被揭示的物理機制。

所以在我的實驗室,數學與 AI 不是對立關係。解析解是導航員,AI 是探險車;前者確保方向正確,後者幫助我們穿越現地的崎嶇地形。

這也是到了 2026 年,我仍堅持推導公式的原因。唯有深刻理解物理本質,才有能力駕馭 AI,而不是被資料牽著走。

加入我們