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数学对社会进步的推动作用

2005年9月3日 来源:网友提供 作者: 字体:[ ]

  关于数学方法对经济发展的巨大作用,自20世纪80年代以来国内外已有许多文献加以论述,比较有代表性的包括:美国国家研究委员会1984年的报告《美国数学的现在和未来》、1990年的报告《振兴美国数学》以及1991年的报告《数学科学·技术·经济竞争力》,王梓坤院士代表中国科学院数理学部所写的报告《今日数学及其应用》,石钟慈院士《第三种科学方法——计算机时代的科学计算》,张奠宙教授《数学的明天》等。

  在人类进行的各项活动中,要做成一件事情,往往要受到各种主客观条件的限制,一个自然的想法是:如何在现有条件下以最小的代价获得最佳效果。这就是通常所说的优化问题,相应的数学方法就是优化方法。如果优化问题中的主客观条件(约束条件)和要实现的目标(目标函数)都可以表示为线性函数,那么对应的优化问题就称为线性规划问题。这类问题虽然简单,但却是各项经济活动中最为常见的,经济、工业、国防、城市规划及交通运输等领域中都有大量的线性规划问题。从理论上看,解决相应的数学问题并不困难,但实际需要解决的问题往往规模巨大。例如,国家预测中心曾经建立过一个“国家宏观经济最优控制模型”,包含3 582个方程,由1 520个方程构成一组26维的状态方程,39维联立方程构成系统的输出方程,760个控制变量,1 660个约束条件。它的解可以用来优化国民经济发展速度,分析和优化国民经济各部门结构和重大比例关系变化趋势,分析人民生活水平的提高和消费结构的变化,因而是极为重要的。但如果没有超大规模的科学计算能力,要解决这样的问题是难以想像的。1947年美国数学家丹齐格提出了求解线性规划问题的单纯形法,成为求解线性规划问题最主要的有效算法。它后来被认为是20世纪经济效益最大的计算方法。

  众所周知,在现代社会,管理水平的提高一直是经济增长、社会发展的重要因素,其中数学方法的运用已经相当普遍。例如,美国联合航空公司每年都有相当一批涡轮叶片要修理,如果去买新的,则叶片型号多,不一定能及时买到,而提前购买大量备件,又会占用相当多的仓储和流动资金。于是公司计划人员考虑自己建一个叶片制造厂,需要投资1 500万美元。为了从投资、库存和生产周期的角度分析建一个新厂是否更好,专业人员提出了一个数学模型,包括各种叶片损坏的概率、这些坏叶片的来源和修理点的分布,建一个新厂的生产进度等因素,最终表明建新厂是必要的。工厂建成后,他们又利用实际运行数据做进一步仿真,提高了整体运行效率,为公司节约了几亿美元的开支。1991年,美国国家研究委员会发表了一个题为《数学科学·技术·经济竞争力》的报告,在关于生产周期的一章中研究了数学在以下各方面的应用:经济计划、仿真、质量控制、存货管理、销售、维护和修理。可以说,没有数学科学就没有现代的生产管理。

  1998年4月,美国商务部公布了一项研究报告《浮现中的数字经济》,在深入分析数字革命、互联网、电子商务的特点以及信息技术对经济的影响的基础上,对正在兴起的数字经济提供了大量详细的论证和案例。信息技术产业在国民经济中的份额不断增加,质量迅速提高,价格持续下降。信息技术产业对总体经济的带动不仅比传统技术和产业作用大,而且在整个高新技术产业群中的作用也是首屈一指的。据美国商务部估计,1996年和1997年,美国信息技术产业价格下降使整个经济的价格指数下降了1个百分点,而在此前几年中,美国实际经济增长中信息技术产业的贡献平均超过了25%。信息技术产业从性质上大体可分为装备制造业和信息服务业,从内容上可分为通信业、计算机业和传播娱乐业,计算机和互联网在其中的关键地位日益凸显,所谓的数字革命更是以电子计算机和互联网为基础出现的。前面已经提到,在计算机的发明与发展中,数学起了关键性的作用,而互联网的结构设计从一开始就明确运用了图论的基本原理以保证其畅通无阻。此外,互联网和电子商务的安全性问题在当今已经成为一个极为引人注目的问题,无论是计算机病毒的危害还是黑客的侵入,其后果都可能是极为严重的。计算机病毒是一种恶意的软件,防病毒同样是靠各种软件,软件的核心是数学;对付黑客的办法是级别越来越高的电子加密,而现代密码学的基础是近世代数、数论、代数几何等一些相当高深的数学理论。

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