【原】數(shù)學學科到底有多重要，為什么要學數(shù)學，或許這就是答案

大宇說報考 2021-03-14

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今天，是聯(lián)合國教科文組織設(shè)立的“國際數(shù)學日”。你的數(shù)學學得如何？“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，生物之謎，日用之繁，無處不用數(shù)學?！睘楹我獙W數(shù)學？或許，這就是答案。

數(shù)學與能源

偏微分方程組、幾何學關(guān)乎電的安全

很大一片地區(qū)聯(lián)成由若干電網(wǎng)組成的大電網(wǎng)。毎個電網(wǎng)由若干發(fā)電廠支待，每個發(fā)電廠的生產(chǎn)過程都可用微分方程組描述，用高階代數(shù)方程作為約束條件。發(fā)電與供電、輸電的安全問題涉及復雜的偏微分方程組、幾何學等多方面數(shù)學問題。

數(shù)學也能用于油氣勘探

由于油氣資源的勘採日益復雜，利用大型的計算機和先進的數(shù)學方法處理油氣勘探地震資料，已經(jīng)成為國內(nèi)外油氣勘探的最重要的手段。

數(shù)學與信息

沒有快速傳里葉變換，就沒有當今互聯(lián)網(wǎng)

主要信息學科的建立和發(fā)展中，一些著名數(shù)學家往往成為相關(guān)領(lǐng)域的開創(chuàng)者。沒有快速傅里葉變換就沒有當今互聯(lián)網(wǎng)；谷歌的核心技術(shù)就依賴于大型矩陣特征值的快速算法。

解決物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵科學問

提出并發(fā)展具有原創(chuàng)性的理論和方法，給出具有實時性、精確性、智能性和魯棒性的分布式網(wǎng)絡(luò)算法，有助于解決以物聯(lián)網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與控制技術(shù)中的關(guān)鍵科學問題，包括網(wǎng)絡(luò)資源的有效分配等。

數(shù)學與生物醫(yī)藥

生命現(xiàn)象可以通過數(shù)學模型研究

數(shù)學模型能定量描述生命物質(zhì)運動過程，一個復雜的生物學問題借助數(shù)學模型能轉(zhuǎn)變成數(shù)學問題，通過對數(shù)學模型的邏輯推理、求解和運算，就能夠獲得客觀事物的有關(guān)結(jié)論，達到對生命現(xiàn)象進行研究的目的。

用數(shù)學輔助精準醫(yī)療

浙江大學一團隊通過數(shù)學模型和數(shù)學算法，不僅能重構(gòu)病人腹部三維，還編成軟件呈現(xiàn)給醫(yī)生，幫助進行精準判斷。他們還利用深度學習處理超聲影像，同時加入旋轉(zhuǎn)不變性等現(xiàn)代數(shù)學的概念，研制出基于超聲影像的智能診斷系統(tǒng)的DE超聲機器人。

數(shù)學與航空航天

世界上任何一枚火箭的設(shè)計制造，都離不開一個公式

齊奧爾科夫斯基公式

1903年，由俄國科學家康斯坦丁齊奧爾科夫斯基提出。

關(guān)于火箭飛行速度同火箭發(fā)動機噴氣速度、火箭質(zhì)量、燃料質(zhì)量關(guān)系。

航天器何時發(fā)射是可以算出來的

航天器發(fā)射時間限制條件繁多，包括光照條件、回收時間、交會對接等等。通過建立毎個限制條件和發(fā)射時間之間的計算公式，可分別算出相應的發(fā)射窗口，取其共同部分便是航天器最終的發(fā)射時間。

數(shù)學與國防安全

定量化分析、建模用于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭

大到戰(zhàn)役指揮，小到作戰(zhàn)方案，都需要進行定量化分折，建立模型，形成隨機應變的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。其中概率統(tǒng)計、運籌學等數(shù)學分支發(fā)揮著重要作用。

數(shù)論用于信息的“加密”與"解密”

公開密鑰算法大多基于計算復雜度狠高的難題，求解需要在高速計算機上耗費許多時日才能得到答案。這些方法通常來自于數(shù)論。例如，RS源干整數(shù)因子分解問題，DS源于離散對數(shù)問題，而描圓曲線密碼學則基于與描圓曲線相關(guān)的數(shù)學問題。

數(shù)學與人工智能

人工智能歸根結(jié)底是算法

人工智能實際上是一個將數(shù)學、算法理論和工程實踐緊密結(jié)合的領(lǐng)域，歸根結(jié)底是算法。也就是數(shù)學、概率論、統(tǒng)計學等各種數(shù)學理論的體現(xiàn)。例如一個概率公式加上一個馬爾可夫假設(shè)就可以做到簡單的機器翻譯和語音識別。

數(shù)學讓人工智能成為規(guī)范的科學

人工智能綜合性很強，機器識別、遺傳算法、概率統(tǒng)計、數(shù)據(jù)科學、數(shù)值分析等等都在人工智能領(lǐng)域起著重要的作用。數(shù)學是這些分門別類知識的核心基礎(chǔ)，數(shù)學讓人工智能成為了一門規(guī)范的科學。

數(shù)學與海洋

大數(shù)據(jù)實現(xiàn)天氣預報

動力系統(tǒng)、偏微分方程、隨機微分方程、計算方法等研究方向在大氣與海洋科學的研究中都有重要應用。例如，深圳打造的海洋大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)融合和交織分析，能給出指定區(qū)域的出行建議，并能預測臺風登陸行徑，為專家決策提供依據(jù)。

數(shù)學模型可以預測海嘯

數(shù)學模型通過估計海嘯登陸的地點、海浪的高度，以及海浪前進的速度，為海嘯預警系統(tǒng)提供支持。更根本的是，數(shù)學科學有助于映射海底的地形，并根據(jù)不規(guī)則地布置在相隔數(shù)百英里的地方的獨立海洋驗潮儀的數(shù)據(jù)推斷大尺度波浪的行為。

數(shù)學與先進制造

CAD核心功能建立在計算幾何等數(shù)學基礎(chǔ)上

在數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)發(fā)展的毎個關(guān)頭，數(shù)學方法都起了關(guān)鍵作用。例如，計算機輔助設(shè)計（CAD）的核心功能，曲面造型、參數(shù)化設(shè)計、協(xié)同設(shè)計等，直接建立在計算幾何、計算代數(shù)幾何、自動推理、運籌學等數(shù)學分支的基礎(chǔ)上。