恢復中國數學的計算為主傳統_風聞
钱塘潮-IT工程师2019-08-25 11:10
數學的重要性,已經被歷史不斷證明,任正非就説科技競爭本質是數學水平的競爭,數學大國一定是世界強國,世界強國一定數學大國,幾乎從古至今都沒例外。從古埃及,古希臘,中國的漢唐,阿拉伯帝國,西班牙帝國,英帝國,到法國德國蘇聯美國,都是數學引領了國家力量發展。

但是我認為,我們中國的數學和西方傳統的數學體系,還是有很大的區別的。中國古代的數學是以計算為主的,而且做到了那個時代的極致,而西方恰恰相反。中國的招差術,高次方程,二次內插法等等,在古代的農業生產力的情況下,都是不折不扣的大殺器工具。
必須承認的一點是,在體系的建立和推演上,中西方數學早早地分道揚鑣。以《九章算術》為例,從內容上,中國古代數學問題的核心在於對實際問題的解釋和再利用,故而卷分類以“方田”,“粟米”,“衰分”“少廣”,“商功”等等實際生活場景進行分類。但是從數學內容上,九章算術不僅處理了大量複雜問題,而且包含了重要的哲學思想(如極限,分割,組合等)。最為流傳的例子即“祖𣈶原理”,即判斷兩個物體的體積相同,可用“冪勢既同,則積不容異” 這一原則進行判斷,並且利用這個原理求出“牟合方蓋”體積(所謂“牟合方蓋”是指相同的兩個圓柱正交圍出的立體形)而這個立體形的體積求解是無法用初等數學解決,嚴格來説應使用微積分才能完全解決。而從其論述中,我們能看到樸素的積分思想,也展現了古代數學家傑出的數學直覺。同時,在研究的領域上有極大的彈性,從初等代數,初等數論到初等幾何學(基於現代數學的觀點)中的各個問題都有涉獵,並且給出了認識解決問題的重要思考。如卷八方程篇的開篇問題,即利用方程組思想解決問題,而以西方數學觀點來看,所利用的正是高斯消元法。 再如廣為樂道的中國剩餘定理,以及勾股定理,涉及到了初等數學中大量重要核心命題。
然而中國古代數學的發展,儘管技巧很多,成果也不算少,但始終沒有超出初等數學的範圍。我個人認為,中國古代數學發展的一個侷限性,是太拘泥於直接的實際應用了,而沒有發展出抽象的數學觀念和數學體系。舉個例子,中國古代的確產生了樸素的極限和微積分思想,但是微積分的整套體系卻並沒有在中國出現,為什麼?我個人認為,中國古代數學,還沒能產生出函數這種抽象的概念。這確實和中國的文化科學體系甚至是漢字本身有關。
但是以希臘為代表的數學,又走入了另外一個問題,那就是太多的證明構建的邏輯體系。以幾何原本為代表的希臘數學,在構建的幾條公理的基礎上,實現了一個非常完美的論證體系。但是這個體系是公理假設為基礎的:
1.過相異兩點,能作且只能作一直線(直線公理)。2.線段(有限直線)可以任意地延長。3.以任一點為圓心、任意長為半徑,可作一圓(圓公理)。所謂的希臘證明邏輯體系,是一種人造的體系,人為構建平行線,絕對直線,這個自然界根本不存在的東西,然後總結一套規律和定理體系,這個只是臆想的體系,不存在於現實世界,或者説叫作弊。這個東西對現實的數學利用用處不大,你證明平行線能幫助你修橋還是鋪路?徐光啓翻譯了幾何原本,很形象出彩,但是卻沒有什麼影響,因為這玩意沒用。
西方希臘那套數學體系,主要是牛頓發明了微積分和萬有引力的計算,才取得了其價值。這個原因是因為宇宙空間運行數據簡單,模型簡單,可以很形象的把他設計分析出來,構建一個完美體系,我們的世界不是這樣的。而牛頓也因為看到了宇宙簡單而又完美的體系,開始迷信上帝創造世界。
對於革命性的,基礎性的不復雜的模型,定理證明有用,因為正好可以用簡單的數學模型來表達,但是事實是我們的世界太複雜,定理根本不足以概括,只有大量的模型和計算。證明定理現在在我們經濟預測,天氣預測,大數據裏用處何在?**還不是建模計算為主。**西方的定理證明只是在解釋天體運動這種模型簡單,數據量很小的東西有用,而且很精巧,但是我們的世界複雜的東西太多太多,絕大部分都是無法定理總結的。這種思維方式遠遠不夠,也只會進入死衚衕。
所以中國古代的計算核心數學才是現在正道。
現在説起高等數學,大學的數學研究,好像就是證明哥德巴赫猜想這樣的世界難題,這樣的研究耗費時間,而且對我們的真實的科學研究幫助很小,這個就像古代,你去研究尺規作圖化圓為方,研究三分角一樣,那是有錢有閒階級的遊戲,不是數學真正應用的正道所在。
今天我們進入了大數據,人工智能時代,需要的數學應用場景實在是太多太多,可以説非常類似這個古代的中國九章算術裏異常豐富的各種實際應用場景。
比如城市裏巨大的交通量如何去安排車輛的快速有效的通行。
比如我們的大氣運動,佈置幾千幾萬個測量點,去判斷我們風電場某個時間點上的發電功率然後調峯,去判斷我們的地方準確到分的下雨的時間,和下雨降雨量,來安排我們的灌溉和水利發電調峯。
比如我們的地殼運動,佈置大量觀測點,去判斷地殼的各種內部應力,地層構造,來尋找石油等礦場,去發現地震的規律。
比如海洋的洋流運動,用大量的觀測點去觀測洋流,海流潮汐走向,來獲取養殖捕撈發電的收益。
比如我們的人體的運行,用大量的數據去判斷我們人體運行問題,去尋找我們人體潛在的疾病。
比如霧霾的產生髮展,部署大量的觀測點,去判斷霧霾的來源分佈和消散的情況可以更多的促進環保。
這些都需要大量的數據,先進的建模手段,大量的計算能力,我們的超級計算機都不一定夠,我覺得這個才是我們時代需要的數學,就像我們古代在九章算術裏獲得的大量的數學應用場景一樣。
這就是所謂的恢復中國的以算為核心的數學傳統,以實際應用為基石,推動新的數學工具的產生。其實人類數學誕生本來就是因為丈量土地而誕生的,也應該回到這個實際應用的傳統中去。