高维空间球体堆积

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数学家跨界找到百年难题最优解,能给无线通信领域带来新思路
量子位· 2025-07-09 10:58
高维空间球体堆积的突破性进展 - 一位非专业数学家Boaz Klartag通过改进罗杰斯1947年提出的"椭球体起始"方法,实现了高维空间球体堆积效率的显著提升,在100维空间中堆积数量可达先前纪录的100倍,百万维空间可达100万倍[4][5][6][7] - 该方法采用随机过程调整椭球体边界,通过冻结接触晶格点的生长方向并持续膨胀其他方向,最终构造出比传统方法体积更大的椭球体[30][31][32][38] - 这是自1947年以来该领域最具实质性的改进,打破了数十年的微小进展状态[7][22] 数学方法演进历程 - 17世纪开普勒提出三维球体最佳堆积猜想(74%空间填充率),但证明耗时400年[10][12] - 1905年闵可夫斯基提出通过最优格点排列解决堆积问题的思路,成为主流方法[13] - 1947年罗杰斯提出次优晶格起始的椭球体转换方法,但因高维复杂度被放弃[16][20][21] - 2016-2017年仅在8维(E8格)和24维(利奇格)取得突破,更高维度长期停滞[23] 跨学科研究价值 - 研究将凸形状几何学方法迁移至球体堆积领域,打破了传统晶格对称性研究的局限[24][27][41] - 成果重新引发关于高维最优堆积方法的学术辩论,挑战了"高度对称晶格最优"的传统认知[42][43][44] - 无线通信领域可直接应用该成果,信号点的高维排列本质即球体填充问题,能提升抗噪声干扰能力[46][47][48] 研究过程关键细节 - Klartag在2023年11月利用项目间隙学习晶格理论时发现罗杰斯方法被低估的潜力[26][27] - 通过评估随机生长椭球体的体积分布范围并调整参数,最终证明该方法可突破历史纪录[37][38][39] - 2024年4月公开研究成果,计划继续深化凸形状与晶格理论的交叉研究[40][41]