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  • 1 # 老張教育新思享

    電子計算機的出現是20世紀最重大的發明,它是數學與電子技術結合的產物。它一出世就對社會各個領域帶來無可估量的影響,它的飛速發展反過來也給數學提出新的問題並推動數學的發展。用華中師範大學國家數字化學習工程技術研究中心的彭翕成與張景中教授的話說,計算機正在改變數學。

    計算機的出現,促使新的數學分支的誕生

    計算數學、計算幾何、計算機代數、計算複雜性、計算可靠性、機器證明、計算機作圖、動態幾何……等等與計算機血肉相連的分支應運而生。有些分支在學科上表面已經歸於計算機科學,其本質上仍是數學。

    計算機的出現,開始改變著人們對數學的看法。出現了數學實驗和實驗數學。用計算機做實驗,發現了大量有趣的數學現象,如分形、混沌、分岔等許多過去想到看不到或者想也想不到的東西。這些東西使數學家大傷腦筋又大開眼界。有人驚呼,數學越來越像實驗科學了。

    計算機科學就好比是數學科學的孩子。雖然這個孩子長大了,搬出去住了,但身上始終流著母親的血液,仍然從母親這裡吸取著養料。數學也並沒有白養這個孩子。在計算機產生和發展的過程中,數學也同時得到發展。而在計算機發展成熟之後,推動著數學飛速的向前。計算機成為數學研究的工具已是大勢所趨,不可阻擋了。

    隨著計算機的改進以及演算法有效性的提高,科學計算已經和理論與實驗鼎足而成為科學技術進步的最重要手段之一。

    許多過去實驗和理論無法有效解決的問題,現在已經透過數值計算成為可能,在某些類域中,計算甚至成為日常工作例行工具。最典型的成就是天氣數值預報。

    計算機一直被認為是數學家最引以為豪的發明。既然現在最好的計算機可以在比賽中打敗世界象棋冠軍,那麼,有理由相信未來的計算機也應該能夠解出難倒了最偉大的數學家的數學難題。倘真的有那麼一天,母親絕不會因為孩子的超越而鬱悶,而是會為孩子的成就由衷地高興。

    在數理經濟學的理論基礎上,大規模經濟系統的計算也產生許多有效的新方法,其中包括1970年斯梅爾對代數方程求根方法的有效改進以及1967年斯卡夫關於不動點的計算。大規模經濟動態模型常常包含成千上萬個變元及方程,解這種方程當然非計算機莫屬。

    一系列計算機計算法程式使計算機的應用大大超過數論、代數之外

    1975年,沙莫斯在以前豐富的計算幾何的結果基礎上,正式宣告計算幾何學的誕生。這個領域是對於許許多多涉及應用的問題,建立有效的演算法,其中最突出的是美國離散數學大師、貝爾實驗室數學研究中心負責人格瑞姆在1972年建立的決定平面點集凸包的有效演算法,一下子把計算時間從點數n的四次方降到一次方,而且後來證明這是最佳有效演算法。這為其後的研究樹立一個典範。理論上及實用上這種問題很多,例如,求與給定n點距離之和最近的點,以及鋼琴搬運工問題(如何選取最佳路線,透過多邊形障礙物)等等都刺激科學家尋求新的有效演算法。

    我們甚至可以設想到了那一天, 每一個數學家都是計算機高手,而機器證明和人工證明也可以很好地轉化;當數學家向雜誌投稿時,審稿人會問:你的證明經過計算機驗證了嗎?那時候,萊布尼茨之夢才算真正實現。數學從此有了王者之路!

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