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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:[ ]

  石油勘探是数学取得重大经济效益的应用场所之一。例如,1991年5月,美国壳牌石油公司应用计算技术探明了一个储量超过10亿桶的大油田。大约在1950年左右,当时的数学家维纳和华兹沃斯在几次随便的交谈中发现,数学中的时间序列分析对于石油的地震勘探可能是有用的,他们根据这种新的方法,使用手摇计算机分析从地层反射回来的声音信号。经过华兹沃斯、勃吕扬、鲁宾逊、赫利等人的发展,这种方法已经成了现代石油勘探的标准手段,它对探明储量、增加打井的准确率有重要指导意义,从而节省了大量资金和时间,取得了显著效益。

  在现代通信中,由于设备、技术和其他原因,可能使所传输的信号发生差错,造成混乱或误解。例如,一艘宇宙飞船要将火星表面的复杂图像发送回地球,发回的信息必然混杂着随机的噪声。因此需要一种方法,使得在通讯过程中产生少量差错时可以及时发现和纠正。此外,为了实现信息的高速传输,还需要适当的信息压缩技术。数学方法为解决这些难题发挥了关键作用。实际上,早在20世纪60年代美国实施阿波罗登月计划时就已认识到:如果没有信息的数字化、纠错编码和数字滤波等一系列数学通讯技术,那么由于太空中的过强干扰,任何有用的信息都无法收到,因而当时就发展了相应的数学技术,如数学中的小波分析就对信息压缩技术起着决定性作用。后来在高清晰度电视开发的激烈竞争中,基于这些数学技术的美国“数字式”方案击败了最先起步的日本“模拟式”设计。1993年,美国有四家集团从事数字化电视的方案测试,GI公司、麻省理工学院最先取得突破,而日本“模拟NMESE”方案明显不如美国方案,不得不退出竞争。电视屏幕是信息处理的工作面,未来几乎所有重要的工作岗位都将与之相关,数学技术在如此重要的较量中起了关键作用。

  20世纪70年代我国建造的四川龚咀水电站,由于建造过程中的种种原因,建成后长期不敢按设计水位运行,必须进行加固处理。当时面临一个实际问题:是将水库中的蓄水全部放掉后再进行大坝加固工程,还是让水电站边运行边进行加固处理?通过科学计算,得到了大坝在蓄水条件下进行纵缝灌浆的技术要求和控制数据,避免了放完水再灌浆而停产发电半年至一年的重大经济损失。

  20世纪50年代末至60年代初,美国、欧洲和中国的数学家各自独立地提出了有限元法,它是一种求解微分方程边值问题的方法,具有广泛的适应性,可以方便地处理几何、物理条件极为复杂的工程计算问题。在1998年大洪水期间,为了确保武汉、南京等大工业城市的安全,有关部门面临荆江分洪的问题。20吨炸药已经装好,爆破进入倒计时,但这一方案在最后一刻被放弃。据当时的新闻报道,由多方专家组成的水利专家组用有限元法对荆江大堤的体积渗漏进行了测算,确定出一个安全系数。按照这个结果,沙市水位即使涨到45.3米,也可以坚持对长江大堤严防死守,不用分洪。

  2002年,王选院士获得了国家科技最高奖,他的代表性成就是“汉字激光照排系统”。1975年,国家开发汉字信息处理系统工程,对其中的子课题“汉字精密照排”,王选选择了“数字存储”方案。他说:“由于我是数学系毕业,所以很容易想到信息压缩,即用轮廓描述和参数描述相结合的方法描述字形,并于1976年设计出一套把汉字轮廓快速复原成点阵的算法。”到20世纪80年代初期,他开发的技术已经处于国际先进水平。20世纪90年代初,原来用电子分色机需要三四个小时的工作,用他的技术只需要20分,甚至9分。王选的成功具有很不寻常的意义,其中数学技术是关键的因素之一。

  经济理论的发展和研究,经济生活的日益纷繁复杂,越来越离不开数学的支持,离不开数学的理论和方法以及数学的思维方式。所以,经济的发展对数学课程产生的影响将是非常具体和深刻的。

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