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【集運】數學學科到底有多重要,為什麼要學數學,或許這就是答案

2021-03-14  大宇説報考

今天,是聯合國教科文組織設立的“國際數學日”。你的數學學得如何?“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,無處不用數學。”為何要學數學?或許,這就是答案。

數學與能源

偏微分方程組、幾何學關乎電的安全

很大一片地區聯成由若干電網組成的大電網。毎個電網由若干發電廠支待,每個發電廠的生產過程都可用微分方程組描述,用高階代數方程作為約束條件。發電與供電、輸電的安全問題涉及複雜的偏微分方程組、幾何學等多方面數學問題。

數學也能用於油氣勘探

由於油氣資源的勘採日益複雜,利用大型的計算機和先進的數學方法處理油氣勘探地震資料,已經成為國內外油氣勘探的最重要的手段。

數學與信息

沒有快速傳裏葉變換,就沒有當今互聯網

主要信息學科的建立和發展中,一些著名數學家往往成為相關領域的開創者。沒有快速傅里葉變換就沒有當今互聯網;谷歌的核心技術就依賴於大型矩陣特徵值的快速算法。

解決物聯網中的關鍵科學問

提出並發展具有原創性的理論和方法,給出具有實時性、精確性、智能性和魯棒性的分佈式網絡算法,有助於解決以物聯網為代表的網絡優化與控制技術中的關鍵科學問題,包括網絡資源的有效分配等。

數學與生物醫藥

生命現象可以通過數學模型研究

數學模型能定量描述生命物質運動過程,一個複雜的生物學問題藉助數學模型能轉變成數學問題,通過對數學模型的邏輯推理、求解和運算,就能夠獲得客觀事物的有關結論,達到對生命現象進行研究的目的。

用數學輔助精準醫療

浙江大學一團隊通過數學模型和數學算法,不僅能重構病人腹部三維,還編成軟件呈現給醫生,幫助進行精準判斷。他們還利用深度學習處理超聲影像,同時加入旋轉不變性等現代數學的概念,研製出基於超聲影像的智能診斷系統的DE超聲機器人。

數學與航空航天

世界上任何一枚火箭的設計製造,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。

關於火箭飛行速度同火箭發動機噴氣速度、火箭質量、燃料質量關係。

航天器何時發射是可以算出來的

航天器發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射時間之間的計算公式,可分別算出相應的發射窗口,取其共同部分便是航天器最終的發射時間。

數學與國防安全

定量化分析、建模用於現代化戰爭

大到戰役指揮,小到作戰方案,都需要進行定量化分折,建立模型,形成隨機應變的作戰指揮系統。其中概率統計、運籌學等數學分支發揮着重要作用。

數論用於信息的“加密”與"解密”

公開密鑰算法大多基於計算複雜度狠高的難題,求解需要在高速計算機上耗費許多時日才能得到答案。這些方法通常來自於數論。例如,RS源幹整數因子分解問題,DS源於離散對數問題,而描圓曲線密碼學則基於與描圓曲線相關的數學問題。

數學與人工智能

人工智能歸根結底是算法

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

數學讓人工智能成為規範的科學

人工智能綜合性很強,機器識別、遺傳算法、概率統計、數據科學、數值分析等等都在人工智能領域起着重要的作用。數學是這些分門別類知識的核心基礎,數學讓人工智能成為了一門規範的科學。

數學與海洋

大數據實現天氣預報

動力系統、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據系統,通過數據融合和交織分析,能給出指定區域的出行建議,並能預測颱風登陸行徑,為專家決策提供依據。

數學模型可以預測海嘯

數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,為海嘯預警系統提供支持。更根本的是,數學科學有助於映射海底的地形,並根據不規則地佈置在相隔數百英里的地方的獨立海洋驗潮儀的數據推斷大尺度波浪的行為。

數學與先進製造

CAD核心功能建立在計算幾何等數學基礎上

在數字化設計製造技術發展的毎個關頭,數學方法都起了關鍵作用。例如,計算機輔助設計(CAD)的核心功能,曲面造型、參數化設計、協同設計等,直接建立在計算幾何、計算代數幾何、自動推理、運籌學等數學分支的基礎上。

用於高檔數控機牀的數控系統

數控系統是數控機牀的“大腦”,是決定其性能的關鍵因素。數控系統的若干核心技術,是實現高速、高精控制的基礎。這些問題可以歸結為幾何計算、非線性方程組求解與最優控制問題。

看到這裏,大家是不是心裏都有些癢癢了,是不是對數學產生了濃厚的興趣,小編在這裏提醒一下大家,數學雖然應用領域比較多,但是,學習難度也是非常大的,建議大家按照自己的實際情況,來選擇適合自己的專業。

院校推薦:北京大學、復旦大學、山東大學、清華大學、北京師範大學、南開大學、上海交通大學、中國科學技術大學、西安交通大學、吉林大學、哈爾濱工業大學、同濟大學、華東師範大學、南京大學、浙江大學、武漢大學、中山大學、四川大學

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