第74章 第一层考验（求收藏求追读求月票）（1 / 1）
语文课下课铃响起的瞬间，高三（7）班紧绷的空气才重新开始流动。
掌声散去，但那种混合着惊异与探究的目光，如同实质般汇聚在林允宁身上。
孟慧兰离开前，深深地看了他一眼，眼神里既有发现璞玉的惊喜，也有一丝难以置信的困惑。
后排，导演刘伟已经放下了那个写满笔记的本子，他没有再对摄影师小王下达任何指令，只是双臂环抱，静静地观察着。
作为一名从业近二十年的资深媒体人，他瞬间意识到自己错得有多离谱。
他原本想拍一个“故事”。
但眼前这个少年，其本身就是一种“现象”。
对于现象，任何预设的剧本都是一种亵渎。
最好的方式，就是记录。
“小王，”
他终于开口，声音平静却有力，“从现在开始，忘掉分镜。用你的直觉去捕捉，我不要漂亮的构图，我要真实的细节。”
下一堂是数学自习。
张老邪依旧抱着他的保温杯，在教室里用他特有的方式巡视。
但这次他没有靠近林允宁，只是远远地点了点头，给了他一个“你小子自己安排”的眼神。
林允宁终于能清静地打开那台IBM ThinkPad X40。
Windows XP的经典开机画面过后，闪动的QQ头像带来了韩至渊的消息。
【组长—韩至渊】：合成数据生成器已经部署好。你的第一个考验，现在开始。让我看看你的算法。
【附件：synthetic_data_generator.py】
林允宁下载了附件，打开仔细浏览了一遍，迅速读懂了脚本的逻辑：
程序会生成一组包含已知非谐参数的、理论上完美的拉曼光谱，然后用一个仪器响应函数（IRF）对其进行卷积，最后再叠加上一层高斯白噪声。
这就是韩至渊给他的第一个考验，一个预设的“靶子”。
或者说，一个充满了伪装、干扰和噪声的“密文”。
他要做的，就是从这团乱麻中，用自己那套“带约束的反演算法”，不差分毫地将最初的“明文”给反算出来。
林允宁没有急着敲代码，而是先运行了脚本，生成了一张图。
屏幕上，出现了一条充满了毛刺、杂乱无章的曲线。
这就是一个实验物理学家每天都要面对的、最真实的“敌人”——被噪声和仪器效应污染过的原始信号。
“导演，他……”
小王压低声音。
“他在做研究。”
刘伟的目光锐利，“别出声，看下去。”
林允宁的眉头，微微皱起。
他首先尝试了自己之前处理实验数据的那套算法：
傅里叶变换下的直接反卷积。
这在理论上是可行的，通过除以仪器响应函数的傅里叶变换，就能得到原始信号。
他很快写好了几十行代码，按下运行。
不到一分钟，结果图弹出——屏幕上是一片彻底崩溃的雪花噪声，状若心电图最后的疯狂抽搐。
失败了。
“嗯？”
刘伟的眉毛扬了一下，非但没有失望，眼中反而闪过一丝更浓厚的兴趣，“有意思，他碰壁了。”
对导演而言，一帆风顺的神话，远不如天才在碰壁后凭借自身力量解决难题的“故事”来得动人。
林允宁看着那张失败的图，脸上没什么表情，只是指尖在桌上有节奏地敲击着。
他立刻就找到了问题所在：
直接反卷积，在数学上等同于用一个很小（甚至趋近于零）的数去除另一个数，这个过程会将原始数据中本不明显的噪声无限放大，最终导致结果完全崩溃。
在信号处理领域，这是一个经典的“病态问题”（ill-posed problem）。
“呵，果然让陈师兄说中了，想走捷径，门儿都没有。”
他低声自语。
不能硬解，那就只能换个思路。
问题的核心，是信息不足。
而他手里唯一被忽略的额外信息，就是物理定律本身的约束——Kramers-Kronig关系。
他意识到，K-K关系在这里不应该被当作一个简单的“变换工具”，而是一个必须被严格遵守的“物理先验”。
他的最终答案，无论如何都必须满足这个约束。
那么，解题的思路就从“一步到位的求解”，变成了“戴着镣铐的寻找”。
也就是，建立一个本身就满足K-K约束的理论模型，然后通过迭代优化的方法，去寻找一组最优的模型参数，让这个模型产生的结果，去无限逼近那份带噪声的实验数据。
这，才是解决这类反演问题的正道。
而这整个算法的核心，就是那个在模拟空间里让他碰壁的幽灵——
希尔伯特变换。
理论上，希尔伯特变换像一个完美的数学“翻译官”，能将光谱的实部与虚部进行精确互换。
但这个“翻译官”有个毛病——
他必须读完从宇宙大爆炸到热寂的所有信息，才能开始工作。
可现实是，实验数据永远只是一个有限的片段。
让一个处理无限信号的“翻译官”，去翻译一本残缺不全、只有几百个单词的“书”，结果必然是灾难性的。
这就是问题的症结所在。
“说来说去，还是绕不过去这个坎儿啊……”
想通了这一点，林允宁将那本Rudin的《泛函分析》又拿到了面前，快速翻到关于“希尔伯特空间与算子”的章节。
他之前在《数学物理方法》里学过希尔伯特变换，但理解停留在“怎么解决物理问题”的层面。
现在，想要完善反演算法，他需要从更底层的数学结构去理解它“为什么是这样”。
【检测到前置知识《数学物理方法》，主体知识《泛函分析》已阅读，知识模块【希尔伯特变换】已收录！】
他立刻进入模拟空间。
【注入模拟时长：500小时，指定模块：【希尔伯特变换】】
【模拟开始…】
【第45小时，你彻底打碎了实空间积分的牢笼，跃迁至频域上帝视角。你洞悉了希尔伯特变换的本质——它并非一种变换，而是一种对所有频率分量进行π/2相位旋转的宇宙法则。认知框架被彻底重构。】
【知识模块‘希尔伯特变换’等级提升：LV.0 -> LV.1概念认知】
【第198小时，你掌握了在频域中利用快速傅里叶变换（FFT）实现卷积运算的范式。通过构建一个sgn(ω)的符号函数，你成功绕开了实空间中那个无穷积分的陷阱。】
【知识模块‘希尔伯特变换’等级提升：LV.1 -> LV.2范式掌握】
【警告：缺少前置知识模块【复变函数 LV.2】，无法继续模拟提升！】
【模拟结束。】
【模拟时长剩余：4199小时30分钟】
林允宁睁开眼，长出了一口气。
LV.2，足够支撑他构建一个数值稳定的优化模型了。
下一秒，他现实中的双手，动了。
这一次，他敲击键盘的声音不再像之前那般狂风暴雨，而是变得沉稳、精准，富有节奏感。
他没有从头写起，而是引入了科学计算库SciPy中的优化模块least_squares。
import numpy as np
from scipy.fftpack import fft， ifft
from scipy.optimize import least_squares
“他好像想明白什么了……”
刘伟敏锐地捕捉到了这一点，“看他的气质都不一样了，好像胸有成竹似的。”
大导演并没说错，此时林允宁的思路清晰无比：
第一步，先对包含噪声的实验数据进行傅里叶变换。
第二步，利用K-K关系（希尔伯特变换）构建物理响应的复数模型。
第三步，将理论模型卷积上仪器响应函数。
第四步，在频域中，将理论结果与实验数据进行比对，计算它们的加权“卡方残差”。
第五步，通过加权最小二乘法，不断优化理论模型的初始参数，直到缩减卡方（χ²/自由度）≈1为止。
这是一个完美的闭环。
他定义了一个目标函数，其输入是待求解的模型参数，输出是理论模型与实验数据之间的残差。
在这个目标函数内部，K-K约束被作为模型的固有属性嵌入其中。
然后，他将这个复杂的、非线性的优化问题，直接扔给了身经百战的least_squares求解器。
这是一种极为现代且高效的科研思维——将物理问题精准地抽象为数学模型，然后交给最专业的工具去求解。
他写完代码，设置好初始参数，按下了运行键。
笔记本的风扇再次发出轻微的嗡鸣。
这一次，屏幕的控制台上，一行行日志飞速滚过：
Iteration 1: Chi-squared = 152.78
Iteration 2: Chi-squared = 45.12
...
Iteration 17: Chi-squared = 0.03
Convergence reached.
代表着误差的数值，以肉眼可见的速度，稳定地、不可阻挡地向零逼近。
这过程，不再像之前的“一蹴而就”，而更像一场精密的、步步为营的围剿。
然后，那个绘图窗口，再次弹了出来。
窗口里，依旧是两条曲线。
一条黑色的“真值”，一条红色的“反演结果”。
两条曲线，在噪声水平内高度一致，几乎重合在了一起！
在主图下方，那条代表着误差的蓝色线条，围绕零轴随机起伏，波动幅度与叠加的噪声水平相当。
看着屏幕上的两条曲线，林允宁终于露出了笑容。
一股源于智力巅峰的愉悦感，如同暖流般从脊髓深处升起，瞬间冲散了连日来的疲惫。
这种快感，比世间任何娱乐都更令人上瘾。
成功了！
第一关，通过！
宋子阳在旁边已经看傻了，他完全无法理解发生了什么，只觉得“宁神”对着电脑敲了一会儿，屏幕上就出现了他这辈子都看不懂的图。
林允宁满意地伸了个懒腰，截下图，发给了韩至渊。
后排，摄影师小王的手臂已经有些发酸。
但他不敢动，生怕错过任何一个细节。
刘伟则缓缓地吐出一口气，他拿起自己的笔记本，划掉了之前写的《寒门贵子》，然后，一笔一划地写下了新的标题。
这一次，他没有再改。
“小王，”
他低声说，语气里带着一种发现了新大陆的笃定，“这次，我们的主题，不是天才，也不是科学。”
他看着林允宁那个在普通校服下显得有些单薄，却又无比沉稳的背影，缓缓说道：
“是‘一个年轻的科学家’。从现在起，我们不用费力去解释他做了‘什么’，我们要做的，是记录下他看待这个世界的‘方式’。”
就在这时，林允新生电脑右下角的企鹅头像，再次闪动起来。
是韩至渊的回复。
【组长—韩至渊】：不错。迭代收敛得很快，恭喜你过了第一个考验。
【组长—韩至渊】：现在，试试这个。
【附件：real_data.zip】
……