Наука | Научпоп

Предлагается фреймворк контекстного декодирования (ICD) для семантической связи, использующий коррекцию ошибок и выборку с сохранением разнообразия для смягчения эффекта обрыва в системах SSCC.

Несмотря на привлекательность раздельного кодирования источника и канала передачи для текстовых данных, традиционные схемы часто демонстрируют резкое снижение производительности при низком отношении сигнал/шум. В данной работе, посвященной 'In-Context Source and Channel Coding', предложен новый фреймворк декодирования на стороне приемника, использующий контекстную информацию и трансформатор для оценки надежности битов. Это позволяет смягчить эффект "обрыва" и повысить устойчивость системы за счет формирования пула кандидатов и применения арифметического декодирования на основе больших языковых моделей. Способны ли подобные подходы кардинально улучшить надежность семантической коммуникации в условиях экстремально зашумленных каналов?

Смысл важнее символов: перспективы семантической коммуникации

Традиционные системы связи сосредотачиваются на надежной передаче символов, упуская из виду главную цель - доставку смысла. Семантическая коммуникация представляет собой принципиально новый подход, направленный на непосредственное кодирование и передачу значения, что потенциально позволяет значительно повысить эффективность и устойчивость связи. Реализация этого требует использования возможностей машинного обучения для представления и обработки семантического содержания. Вместо простого воспроизведения сигнала, системы семантической коммуникации стремятся понять и передать смысл сообщения, подобно тому, как человек понимает суть сказанного, а не просто набор звуков. Такой подход позволяет оптимизировать передачу информации, отправляя только самое необходимое для восстановления исходного значения, и игнорируя избыточные данные, что особенно важно в условиях ограниченной пропускной способности или помех. Это открывает новые горизонты в области беспроводной связи, обработки данных и искусственного интеллекта.

Языковые модели как ключ к семантическому сжатию данных

Современные большие языковые модели, такие как GPT-2, демонстрируют удивительную способность понимать и генерировать семантически значимые представления данных, открывая новые возможности для сжатия информации. Вместо традиционного, чисто синтаксического сжатия, основанного на статистике последовательностей символов, предлагается подход, использующий семантическое понимание данных языковой моделью. Для эффективного кодирования результатов работы языковой модели применяется арифметическое кодирование - метод, позволяющий достичь максимальной степени сжатия. Разработанная схема In-Context Decoding (ICD) интегрирует эти принципы и демонстрирует превосходство над существующими системами сжатия на основе символьных кодеков (SSCC) и современными схемами сжатия на основе совместного кодирования источников (JSCC), обеспечивая более эффективное представление данных.

Надежность Связи и Методы Модуляции

Реальные каналы связи редко бывают идеальными; помехи и затухание сигнала - постоянные проблемы. Для моделирования этих условий используются различные подходы: простейшая модель - аддитивный белый гауссовский шум (AWGN), а более сложная - модель рэлеевского затухания, учитывающая изменения в распространении сигнала. В качестве надежного способа передачи данных в таких условиях применяется бинарная фазовая манипуляция (BPSK). Как показали результаты, представленные на рисунках 4 и 5, предложенная структура, основанная на принципе информационного сжатия (ICD), демонстрирует более высокие показатели BLEU-4 по сравнению с базовыми методами как в канале AWGN, так и в канале рэлеевского затухания. Это указывает на повышенную устойчивость системы, особенно при низком отношении сигнал/шум. Кроме того, модуль компактного кодирования сигналов (CCS) обеспечивает ускорение вычислений в 1.6457 раза, что повышает эффективность обработки данных.

Наблюдатель отмечает, что предложенная работа, стремящаяся смягчить эффект обрыва в системах SSCC за счет контекстного декодирования, неизбежно добавляет ещё один слой абстракции между исходным сигналом и его интерпретацией. Как и во многих случаях с «революционными» технологиями, изящная теория сталкивается с суровой реальностью продакшена. Впрочем, попытка использовать контекстную информацию и коррекцию ошибок, чтобы повысить устойчивость в условиях низкого отношения сигнал/шум, вполне закономерна. Карл Фридрих Гаусс однажды заметил: «Если бы я должен был выбирать между теорией и экспериментом, я бы выбрал эксперимент». И, вероятно, именно практическая проверка станет истинным мерилом успеха предложенного подхода к кодированию и декодированию.

Что дальше?

Предложенный подход, безусловно, добавляет ещё один уровень сложности в и без того запутанную область семантической коммуникации. Вместо того чтобы решать проблему передачи данных, авторы успешно перенесли её в область обучения больших языковых моделей - теперь, чтобы не упасть в пропасть низкого SNR, нужно научить нейросеть предсказывать, где именно эта пропасть появится. Тесты, как всегда, лишь форма надежды, а не гарантия, что система не начнёт галлюцинировать при малейшем помехе.

Очевидно, что краеугольным камнем дальнейших исследований станет борьба с непредсказуемостью. Diversity-preserving sampling - это хорошо, но что произойдёт, когда реальный канал начнёт присылать данные, которые модель никогда не видела в процессе обучения? Идея LLM-based arithmetic coding элегантна, но в конечном итоге сводится к ещё одному слою абстракции, который рано или поздно потребует тонны вычислительных ресурсов для поддержания иллюзии надёжности. Автоматизация, конечно, спасёт нас… когда-нибудь. Учитывая опыт предыдущих деплоев, стоит опасаться, что сначала она просто удалит продакшен.

В конечном счёте, вся эта работа - лишь очередной шаг в бесконечном цикле: мы изобретаем новые способы кодирования информации, канал находит способы её разрушить, и мы начинаем всё сначала. И так будет всегда. Очередная «революционная» технология, которая завтра станет очередным техдолгом. Полагаться на элегантные теории в мире реальных каналов - наивная затея.

Полный обзор с формулами: lospopadosos.com/smyslovaya-kommunikacziya-novyj-podhod-k-nadezhnoj-peredache-dannyh

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.10267.pdf

Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan

Археологи нашли инструмент для письма, на котором вырезаны угрюмая голова и эрегированный пенис. Находка сделана на Сицилии.

Сделанный из кости стилус, как полагают, изображает бога Диониса. Артефакт датируют V веком до нашей эры. В то время остров Сицилия был греческой колонией.

Стилусы использовали для письма или нанесения рисунков и отметок на глину или воск. Изделие около 13 см в длину выполнено довольно искусно. Верхнюю его часть украшает бородатая голова, а в средней вырезан фаллос. Исследователи предположили, что стилус сделан в виде гермы.

Гермы — это древнегреческие скульптуры, представлявшие собой вертикально стоящие камни, на которых часто вырезали только голову и мужские половые органы. Гермы использовались для защиты от злых сил и обычно размещались на перекрестках, границах и пограничных пунктах, а также перед храмами. Само название, по-видимому, происходит из-за связи этих скульптур с Гермесом, божеством, которое изначально ассоциировалось с плодородием. Первые изображения этого бога представляли собой большой фаллос. Но стилус, по мнению ученых, всё же скорее изображал Диониса.

Археологи обнаружили костяное изделие во время раскопок в городе Гела, где найден большой квартал эллинистической эпохи. Этот стилус мог использоваться керамистом для нанесения отметок на керамику перед тем, как её преподносили в дар божеству...

Ютубер Зак Армстронг с канала LabCoatz потратил почти год на изучение и воспроизведение секретной формулы Coca-Cola — одного из самых тщательно охраняемых коммерческих секретов в мире. Как он отмечает в начале видео, компания принимает экстремальные меры защиты: демонстрирует гигантское стальное хранилище на экскурсиях, а ингредиенты доставляются без маркировки с разных производств, сотрудники которых не знают, что именно они производят.

Цель проекта звучала дерзко: создать химически идентичный напиток с тем же вкусом и рассказать всем в интернете, как его приготовить.

Многие считают эту затею безнадёжной — все прежние попытки проваливались. Зак перепробовал существующие рецепты-клоны, и ни один даже близко не напоминал настоящую колу. Однако в статье Forbes 2016 года высказывалось предположение, что рецепт можно расшифровать с помощью масс-спектрометрии, хотя автор полагал, что такое под силу лишь крупным корпорациям вроде Pfizer.

У Зака нашлось два друга-ютубера с разными масс-спектрометрами, причём один из них — профессор колледжа.

С юридической стороны тоже всё оказалось просто: Coca-Cola не патентовала рецепт, ведь для патента пришлось бы раскрыть формулу. Поэтому, пока никто не начнет торговать продуктом под тем же брендом, что и Coca-Cola, компания не сможет воспрепятствовать этому.

Более 99% состава Coca-Cola по массе давно не секрет:

• Около 110 г сахара на литр

• 96 мг кофеина

• 0,64 г фосфорной кислоты (вычислено по pH)

• Карамельный краситель (даёт не только цвет, но и важные вкусовые соединения вроде фурфурола)

Вся загадка кроется в пункте «натуральные ароматизаторы».

На 2015 год единственный достоверно установленный натуральный ароматизатор — экстракт декокаинизированных листьев коки. Компания Stepan из Нью-Джерси — одно из немногих предприятий в США, имеющих разрешение на работу с листьями коки. Угадайте, кому она сбагривает экстракт после извлечения кокаина.

Экстракт орехов колы когда-то входил в состав, но его заменили очищенным кофеином.

Зак пытался раздобыть легальный декокаинизированный экстракт листьев коки, но безуспешно: компании вроде Power Leaves не отвечали на электронные письма, а посылку с перуанского сайта задержали на границе.

Отправной точкой послужили опубликованные рецепты колы, в том числе оригинальный рецепт Пембертона 1886 года. Базовый набор вкусов: апельсин, лимон, лайм, кориандр, мускатный орех, корица, ваниль и нероли.

Встречаются также упоминания чёрного перца, лаванды, гвоздики и листьев каффир-лайма.

Зак закупил все ароматизаторы в виде эфирных масел — в пищевой промышленности это обычная практика: эфирные масла удобно точно дозировать и сочетать вкусы. Микропипеткой он отмерял нужные объёмы масел, растворял их в пищевом спирте (чтобы масло не сбивалось в капли) и добавлял в газировку с заданными пропорциями кислоты, кофеина, карамельного красителя и сахара.

Для анализа Зак воспользовался ортогональными массивами Тагути — математическими таблицами, которые позволяют выявлять закономерности при небольшом числе опытов. Результаты выходили противоречивыми (а на вкус — часто отвратительными), но кое-что важное удалось выяснить.

Ключевые вкусы: мускатный орех, корица и кориандр создают характерный «коловый» вкус, однако раскрываются только на цитрусовой базе из лимона и лайма.

Отвергнутые ингредиенты:

• Нероли и лаванда придают цветочные ноты, которых в современной коле нет, и которые оставляют привкус искусственных подсластителей

• Апельсин уместен лишь в малых дозах (1–2%)

• Листья каффир-лайма отдают цитронеллой

• Гвоздика слишком навязчива и отличается на

• Чёрный перец и ваниль почти не влияют на вкус

Винс с канала Neptunium и Бен с канала Aspect Everything исследовали Coca-Cola, ингредиенты Зака и похожие напитки (включая Pepsi) на масс-спектрометрах.

Как это работает: прибор разделяет образец на фракции методом хроматографии, ионизирует компоненты и пропускает их через магнитное поле. Подобно тому как призма раскладывает свет,...

... магнитное поле разделяет ионы по массе, формируя уникальный «отпечаток» каждого вещества.

Что обнаружили:

• Альфа-терпинеол (главный пик) — возникает при кислотном гидролизе лимонена и пинена

• Лимонен, терпинен, фенхол

• Коричный альдегид, сабинен, карен — признаки корицы и мускатного ореха

• Эвкалиптол, борнеол, фурфурол (из карамельного красителя)

• Этиллевулинат — образуется при нагревании сахаров в кислой среде, а значит, напиток проходит термообработку

Масс-спектрометрия показывает относительную интенсивность, а не концентрацию, поэтому Зак обратился к статье из академического журнала Journal of Agricultural and Food Chemistry с измеренными концентрациями практически всех ароматических веществ в Coca-Cola.

Главные выводы:

Гвоздика исключена. Эвгенол и его эфиры составляют 80–90% гвоздичного масла, однако их содержание в коле соответствует лишь следовым количествам из мускатного ореха и корицы.

Нероли и лаванда исключены. Решающую роль сыграли энантиомеры линалоола: R-форма преобладает в лаванде и нероли, S-форма — в кориандре. В Coca-Cola господствует именно S-линалоол, а R-линалоола ровно столько, сколько поступает из цитрусовых масел.

Уксусная кислота. Неожиданная находка — третий по массе ароматизатор. Посовещавшись с Дарси с канала Art of Drink и обнаружив уксус в подлинном рецепте 1950-х годов, Зак убедился, что его добавляют намеренно, хотя и в ничтожных количествах (миллионные доли).

Некоторые соединения в эфирных маслах не обнаруживались: фенхол и альфа- и 4-терпинеол, придающие травянистые, сосновые и освежающие нотки вкуса, которые игнорировались всеми, кто пытался воссоздать рецепт кока-колы раньше. Проблему с альфа-терпинеолом решило нагревание напитка. Фенхол Зак просто купил в чистом виде.

В качестве источника 4-терпинеола, заменяющего листья коки, Зак выбрал масло чайного дерева — оно почти наполовину состоит из 4-терпинеола, а прочие компоненты совпадают с найденными в Coca-Cola.

Вкус заметно улучшился, но напиток по-прежнему напоминал скорее диетическую колу, чем обычную.

После нескольких месяцев опытов, когда сифон SodaStream вышел из строя и пришлось покупать второй, Зак был на грани отчаяния. И тут его осенило: экстракт листьев коки — по сути, чай, а в чае содержатся танины.

Танины придают сухой, вяжущий привкус и приглушают сладость. Они нелетучи, поэтому не видны на газовом масс-спектре — вот почему их так долго не удавалось обнаружить. В очищенном виде танины продаются для виноделия.

Итог: масс-спектры Coca-Cola и реплики Зака почти совпали.

По его мнению, вкус Lab Cola ближе к классической Coca-Cola, чем у современной колы в стеклянных бутылках или диетических версий.

Рецепт Lab Cola

Оборудование:

• Точные весы

• Регулируемая микропипетка (до 1000 мкл)

• Мерный цилиндр на 50 мл

• Литровые бутылки для хранения

• Термостойкая стеклянная посуда (не металлическая — фосфорная кислота разъедает металл)

• Магнитная мешалка и мерная колба на 1 л (по желанию)

Ингредиенты:

Эфирные масла, сахар, газированная вода, кофеин, карамельный краситель, пищевой спирт, 85%-ная фосфорная кислота, глицерин, винные танины, 5%-ный уксус, ванильный экстракт, фенхол.

Смесь A — ароматизатор «7X»:

• 45,8 мл лимонного масла

• 36,5 мл лаймового масла

• 1,2 мл апельсинового масла

• 8 мл масла чайного дерева

• 4,5 мл масла кассии (корицы)

• 2,7 мл мускатного масла

• 0,7 мл кориандрового масла

• 0,6 мл фенхола

Смесь желательно выдержать один-два дня. Затем 20 мл ароматической основы разводят пищевым спиртом до одного литра. Этого хватит более чем на 5000 литров газировки.

Смесь B — водорастворимые компоненты:

В примерно 200 мл горячей воды растворить:

• 10 мл 5%-ного уксуса

• 9,65 г кофеина

• 175 г глицерина

• 45 мл 85%-ной фосфорной кислоты

• 8 г винных танинов

• 10 мл ванильного экстракта

• 320 мл карамельного красителя

Довести объём водой до одного литра.

Приготовление напитка:

1. Растворить 104 г сахара в небольшом количестве воды (не 110 г — фосфорная кислота гидролизует сахарозу).

2. Влить 10 мл смеси B и 1 мл смеси A (7X).

3. Нагреть почти до кипения и накрыть крышкой.

4. Остудить и довести холодной газированной водой до одного литра.

5. Для лучшего вкуса дать постоять в холодильнике сутки.

Зак организовал для своей колы слепые и открытые дегустации. Участники с трудом отличали Lab Cola от настоящей Coca-Cola.

Те, кто регулярно пьёт Coca-Cola, чаще угадывали реплику, но общий вывод таков: Lab Cola можно спутать с Coca-Cola (но не с Pepsi). Когда напиток пробовали отдельно, без прямого сравнения, его принимали за оригинал — в отличие от рецепта Пембертона, Open Cola и прочих клонов.

Проект LabCoatz показывает, что современные аналитические методы в сочетании с упорством позволяют воспроизвести даже самые охраняемые коммерческие секреты. Успех обеспечили несколько факторов: масс-спектрометрия для идентификации соединений, научная литература для определения концентраций, понимание химии энантиомеров для отсева ложных ингредиентов и — самое главное — догадка о роли танинов, невидимых для газовой хроматографии.

Актуальную версию рецепта автор обещает поддерживать в описании под видео.

Это уникальный случай по многим причинам

В вечной мерзлоте Якутии археологи и генетики нашли то, что почти не отражено в письменных источниках. Это женское захоронение оказалось одновременно исключением и ключом к пониманию того, как традиционное общество саха переживало переломный момент своей истории.

Речь идёт о женщине-шаманке, жившей в конце XVIII века. Генетический анализ показал, что её родители были близкими родственниками — редкий и нетипичный случай для якутских общин, где в целом строго соблюдалась экзогамия, а браков между близкими родственниками избегали. Исследователи подчеркивают: это не «норма своего времени», а осознанное отклонение от привычных брачных правил.

Именно эта женщина оказалась последней из известных на сегодня носительниц традиционного шаманизма, чей статус подтверждается археологически. В её погребении обнаружены предметы, напрямую связанные с шаманскими практиками: ритуальные артефакты, символы и элементы материальной культуры, которые к концу XVIII века почти исчезают из захоронений.

Важно и то, что захоронение было исключительно богатым. Оно относится к одному из самых обеспеченных кланов Якутии, известному и по письменным источникам. Генетически женщину удалось связать с влиятельной родовой линией, принадлежавшей к местной элите конца XVII — начала XVIII века. Перед нами не маргинальная фигура, а человек на пересечении власти, традиции и памяти. В то же время другое, самое богатое на сегодняшний день погребение молодой шаманки из Кыыс Уҥуоҕа, найденное в 2006 году, не несет в себе признаков близкородственных связей. Значит, с социальной ролью погребенной это не связано.

Сочетание этих факторов — шаманский статус, богатое погребение и близкородственный брак — вряд ли случайно. Исследователи предполагают, что в условиях давления новой религиозной системы и административного порядка кланы могли сознательно «замыкаться» внутри себя, пытаясь сохранить сакральные роли и контроль над традицией. В этом контексте нарушение обычных брачных правил выглядит не признаком распада, а стратегией удержания преемственности.

На фоне этого захоронения особенно заметна общая картина: биологически якутские общины оставались удивительно стабильными, хотя ученые исследовали генетику, начиная с XVI века.

Анализ ДНК 122 человек и микробиома полости рта показывает, что несмотря на русскую колонизацию и появление новых продуктов — прежде всего зерновых, алкоголя и табака — резкого генетического сдвига не произошло. Даже новые болезни, включая оспу (следы которой нашли у нескольких людей того же периода), не «переписали» структуру населения в тех слоях общества, которые доступны археологии.

При этом колонизация, безусловно, повлияла на образ жизни саха: письменные источники фиксируют налоги, меховую торговлю, миссионерскую деятельность и христианизацию. Но они почти не говорят о том, как эти процессы проживались внутри общин.

Женщина-шаманка конца XVIII века становится редким примером того, как разные миры пересекались в одном человеческом теле. Она жила в момент, когда старая духовная система и традиционные верования уже вытеснялись, но еще не исчезли. И, возможно, именно поэтому мы узнаём о переломе не из донесений и указов, а из ДНК, зубного камня и археологических артефактов.

Серебро всегда было чем-то большим, чем просто 47-й элемент таблицы Менделеева. Для алхимиков — «Луна земная», для инженеров — лучший проводник, а для авантюристов — способ быстрого обогащения.

История серебрения — это путь от священных обрядов Востока до высокоточных гальванических ванн.

Тени прошлого — от Тибета до Венеции

В древности серебрение считалось священным действием. В монастырях Тибета монахи полировали медные диски, нанося на них серебро с помощью ртути.

Верили, что такое зеркало показывает не лицо, а карму человека.

В Индии же серебрили сосуды для воды, интуитивно понимая, что этот металл убивает «демонов болезни» (бактерии).

В Европе XV–XVII веков серебрение имело более мрачный оттенок.

Мастера использовали «мышьяковистое беление» меди — ядовитый состав давал металлу ледяной блеск, неотличимый от серебра, но медленно убивал и творца, и владельца изделия.

На острове Мурано (Венеция) секрет серебрения зеркал охранялся Советом Десяти под страхом смерти.

Мастеров держали в плену, а ртутную амальгаму называли «живым серебром».

Считалось, что зеркало, созданное таким способом, способно удерживать души тех, кто в него смотрелся.

Великий обман — от подделок Ренессанса до «цыганского» серебра

Там, где есть блеск, всегда есть место фальши. В Средние века подделка серебряных монет каралась жестоко, но это не останавливало умельцев.

В наши дни на дорогах и рынках всё еще встречается «цыганское серебро».

Мошенники используют изделия из латуни или рандоля, на которые нанесен тончайший слой серебра методом химического замещения.

Как работает ловушка: Кольцо ярко блестит, на нем может стоять поддельная проба «925».

Суть процесса: Это быстрая «натирка» кашицей из хлорида серебра, соды и соли. Серебро просто меняется местами с верхними атомами меди.

Результат: Слой составляет доли микрона. Через несколько часов носки он стирается, обнажая дешевую желтую основу.

Технология и химия — как это работает на самом деле

Чтобы не стать жертвой обмана и научиться делать качественное покрытие, нужно понимать разницу в процессах.

1. Химическое серебрение (Реакция «серебряного зеркала»)

В 1835 году Юстус фон Либих открыл способ восстановления серебра сахаром. Это чистая магия химии: в прозрачном растворе (AgNO3 с аммиаком) под действием глюкозы начинает клубиться туман, который оседает на стекле идеальным зеркалом.

Этот метод до сих пор используют для елочных игрушек и рефлекторов.

2. Гальванизация

Это «промышленный стандарт». Деталь опускается в электролит (часто на основе цианида калия), и под действием тока ионы серебра плотно «пришиваются» к поверхности.

В отличие от натирки, здесь можно нарастить слой любой толщины — от декоративных микрон до технических миллиметров.

Замещение (Цементация)

Тот самый метод, которым пользуются домашние мастера (и мошенники). Вы «жертвуете» микрослоем меди, чтобы на его место село серебро.

Это отличный способ для реставрации контактов или мелких поделок, но он не предназначен для нагруженных изделий.

Гальваника, плакирование, патинирование — в чем разница?

Серебрение — лишь часть огромного мира металлообработки. Давайте разберемся в терминах:

Плакирование: Механическое впрессовывание листа одного металла в другой. «Сэндвич» из металлов.

Патинирование: Искусственное старение. Контролируемое окисление, создающее благородную «налет старины».

Хромирование и никелирование: Ближайшие родственники серебрения, но с целью придать поверхности сверхтвердость или защиту от кислот.

Советы алхимика XXI века — как проверить серебро?

И на последок совет от старого алхимика, если вы сомневаетесь, настоящее перед вами изделие или «цыганская» подделка, проверьте его:

Первое это теплопроводность: Серебро мгновенно забирает тепло. Настоящее кольцо в горячей воде нагреется за секунду.

Второе это звук: Упав на твердую поверхность, серебро издает чистый, хрустальный звон. Медь с напылением звучит глухо.

Третий это йод: Капля йода на серебре оставляет темный след. Но будьте осторожны — на тонком напылении йод может просто разъесть слой до меди.