CAREER:Phase Transitions in Algorithms, Complexity, and Geometry
CAREER:Phase Transitions in Algorithms, Complexity, and Geometry
批准号:
2309958
负责人:
William Perkins
金额:
$42.98万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Continuing Grant
财政年份:
2022
资助国家:
美国
项目状态:
未结题
起止时间:
2022-12-01 至 2025-05-31
中文摘要
吉布斯测度(或玻尔兹曼分布)起源于统计力学,用于模拟物质的相位,但由于其对复杂依赖关系的简单编码,因此在统计学,机器学习,编码理论和数学物理学中找到了许多实际应用。 与吉布斯测度相关的两个算法任务在应用中是必不可少的:从给定模型中采样并有效地近似其归一化常数,即配分函数。 本项目旨在阐明基础统计物理模型中的相变与这两个问题的计算复杂性之间的联系。 该项目的特点是一个综合的研究和教育计划,与推进吉布斯措施的基础知识和改善跨学科的数学教育的互补目标。该教育计划有针对三个层面的活动:向高中生介绍数学研究的外联讲习班;为本科生教师创建实施有效教学技术的工具;以及开发跨学科统计物理应用的新研究生课程。更具体地说,这项研究有三个主要目标。 首先,发展有效的采样算法吉布斯措施在低温下,相共存制度的模型与有限数量的基态。 第二,使统计物理学中强大但不严格的空腔方法成为理解随机计算问题的算法易处理性的严格数学工具。 第三,通过利用统计物理学的工具和见解来理解高维中的基本几何对象-球体填充,球体覆盖和球形代码。 这三个目标的追求将在计算机科学、统计学和组合学中引入新的概率方法。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
Gibbs measures (or Boltzmann distributions) originated in statistical mechanics to model the phases of matter, but have since found numerous practical applications in statistics, machine learning, coding theory, and mathematical physics due to their simple encoding of complex dependencies. Two algorithmic tasks associated to Gibbs measures are essential in applications: sampling from a given model and efficiently approximating its normalizing constant, the partition function. This project aims to elucidate the connection between phase transitions in the underlying statistical physics model and the computational complexity of these two problems. The project features an integrated research and education plan, with the complementary goals of advancing fundamental knowledge of Gibbs measures and improving interdisciplinary mathematical education. The educational plan has activities aimed at three levels: outreach workshops to introduce high school students to mathematical research; the creation of tools for undergraduate instructors to implement effective pedagogical techniques; and the development of new graduate courses in applications of statistical physics across disciplines. More specifically, the research has three main goals. First, to develop efficient sampling algorithms for Gibbs measures in the low temperature, phase coexistence regime for models with a bounded number of ground states. Second, to make the powerful but non-rigorous cavity method from statistical physics into a rigorous mathematical tool for understanding the algorithmic tractability of random computational problems. Third, to understand fundamental geometric objects in high dimensions -- sphere packings, sphere coverings, and spherical codes -- by utilizing tools and insights from statistical physics. The pursuit of these three goals will introduce new probabilistic methods in computer science, statistics, and combinatorics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
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Finite-size scaling, phase coexistence, and algorithms for the random cluster model on random graphs
随机图上随机簇模型的有限尺寸缩放、相位共存和算法
DOI:
10.1214/22-aihp1263
发表时间:
2023
期刊:
Probabilités et Statistiques
影响因子:
--
作者:
[Helmuth, Tyler, Jenssen, Matthew, Perkins, Will]
通讯作者:
Perkins, Will
DOI:
10.5070/c63160420
发表时间:
2020-12
期刊:
Combinatorial Theory
影响因子:
--
作者:
[Gweneth McKinley;Marcus Michelen;Will Perkins]
通讯作者:
Gweneth McKinley;Marcus Michelen;Will Perkins
DOI:
--
发表时间:
2022
期刊:
Journal of statistical physics
影响因子:
1.6
作者:
[Michelen, Marcus, Perkins, Will]
通讯作者:
Perkins, Will
DOI:
10.1109/focs54457.2022.00061
发表时间:
2022-03
期刊:
2022 IEEE 63rd Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS)
影响因子:
--
作者:
[D. Gamarnik;Eren C. Kizildag;Will Perkins;Chang-Qing Xu]
通讯作者:
D. Gamarnik;Eren C. Kizildag;Will Perkins;Chang-Qing Xu
Collaborative Research: AF: Small: Sampling and Optimization under Global Constraints
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批准号:2309708
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$29.97万
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财政年份:2023
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负责人:William Perkins
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依托单位:
7th Lake Michigan Workshop on Combinatorics and Graph Theory
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批准号:1952959
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$1.9万
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财政年份:2019
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负责人:William Perkins
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依托单位:
CAREER:Phase Transitions in Algorithms, Complexity, and Geometry
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批准号:1847451
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$42.98万
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财政年份:2019
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负责人:William Perkins
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依托单位:
PostDoctoral Research Fellowship
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批准号:1103830
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项目类别:Fellowship Award
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资助金额:$13.5万
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财政年份:2011
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负责人:William Perkins
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依托单位:
Intelligent Control of Dynamic Systems
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批准号:9216487
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$20.0万
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财政年份:1992
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负责人:William Perkins
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依托单位:
A Unified Approach to Singular Perturbations, Aggregation, Multimodeling and Decentralized Control
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批准号:8217631
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$9.75万
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财政年份:1983
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负责人:William Perkins
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依托单位:
Systems Integration Contractor
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批准号:8121875
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项目类别:Contract
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资助金额:$698.31万
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财政年份:1981
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负责人:William Perkins
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依托单位:
国内基金
海外基金
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Baryogenesis, Dark Matter and Nanohertz Gravitational Waves from a Dark
Supercooled Phase Transition
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批准号:24ZR1429700
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:YUICHIRO NAKAI
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依托单位:
ATLAS实验探测器Phase 2升级
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批准号:11961141014
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项目类别:国际(地区)合作与交流项目
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资助金额:3350万元
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批准年份:2019
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负责人:刘衍文
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依托单位:
地幔含水相Phase E的温度压力稳定区域与晶体结构研究
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批准号:41802035
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:12.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张里
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依托单位:
基于数字增强干涉的Phase-OTDR高灵敏度定量测量技术研究
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批准号:61675216
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:叶青
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依托单位:
基于Phase-type分布的多状态系统可靠性模型研究
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批准号:71501183
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:17.4万元
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批准年份:2015
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负责人:陈童
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依托单位:
纳米(I-Phase+α-Mg)准共晶的临界半固态形成条件及生长机制
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批准号:51201142
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张英波
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依托单位:
连续Phase-Type分布数据拟合方法及其应用研究
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批准号:11101428
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2011
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负责人:黄卓
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依托单位:
D-Phase准晶体的电子行为各向异性的研究
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批准号:19374069
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项目类别:面上项目
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资助金额:6.4万元
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批准年份:1993
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负责人:张殿琳
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依托单位: