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应用数学、数学应用和计算机应用

已有 4805 次阅读 2017-1-15 09:35 |系统分类:观点评述

上世纪80年代初,在一次计算数学学会的理事会议上,理事长冯康先生提到过一件事:数学界有人认为计算数学只是“数学应用”,而不是“应用数学”。这件事我至今记忆犹新,是由于个人的专业和职业背景:上世纪50年代末,我进入大学学习计算数学专业,后来因学校专业调整,转到应用数学专业。在我的印象中,计算数学专业的《计算方法》之类课程的分量重些,应用数学专业《数理方程》之类课程的分量重些,并无高低区别。毕业后在工业部门工作,长期从事计算机应用和软件开发,自然涉及“数学应用”和“计算机应用”了。

一般说来,从事“应用数学”研究的大多是数学家或数学工作者,其目标主要是发展数学。其他领域的工作者或科学家利用“纯粹或应用数学”工具解决有关领域技术问题,属于“数学应用”,其目标主要是发展有关领域的科技,而不是数学。例如,物理学家“数学应用”是为了解决物理问题和发展物理学,而不是数学。“应用数学”和“数学应用”不应该有高低之分。20世纪物理学“数学应用”,最著名的典范之一是在1915年爱因斯坦创立广义相对论时,黎曼几何(任意维度的弯曲空间的几何学)的应用。爱因斯坦是伟大的物理学家,不是数学家。他的建树在物理学,而不是数学。历史上能够与爱因斯坦比肩的伟大物理学家只有牛顿(可能还有波尔兹曼)。牛顿是物理学家,也是数学家。他的建树在物理学(牛顿力学,光学等),也在数学(微积分等)。

至于20世纪最著名的应用数学家,当首推美籍匈牙利人约翰•冯•诺依曼(1903-1957)。冯•诺依曼集数学家、计算机学家、物理学家、经济学家于一身。他原是一位纯粹数学家,通晓物理学,成了一位应用数学家。他把数学应用到两个新领域:经济学和电子计算机,被称为“博弈论之父”和“计算机之父”。1944年,冯·诺依曼和他人合著的《博弈论和经济行为》,是博弈论的奠基性著作。19456月,冯•诺依曼提出了现代电子计算机的范式:程序以二进制代码的形式存放在存储器中;所有的指令都是由操作码和地址码组成;指令在其存储过程中按照执行的顺序;以运算器和控制器作为计算机结构的中心等。今天的通用计算机还被称为“冯•诺依曼计算机”,主要由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成。如果说,冯•诺依曼的博弈论(“应用数学”学科)影响了世界(顺便说,根据同济大学马洪宽著的《博弈论》,自从1994年以来,诺贝尔经济学奖已经有6次授予博弈论专家。可惜冯•诺依曼英年早逝,没有赶上诺贝尔经济学奖的设立),那么,冯•诺依曼计算机(“数学应用”?)则深刻改变了世界。

早期从事计算机应用和计算机编程的程序员,大多是学习数学出身的。例如,耶鲁大学第一位女数学博士格蕾丝•赫柏1906-1992)。1952年,格蕾丝设计了世界上第一个编译程序,把编程从利用机器代码“00101…”等等变成了利用容易看得懂的高级语言,简化计算机编程。她还是商用高级语言Cobol语言的主要设计者之一。据说,她退休后,美国海军部发现有大量他们无法处理的程序,两次把赫柏“召回”,延长退休年龄。1985年格蕾丝•赫柏被授予海军少将时候,已经超过服役年令,美国国会特别通过法案,使对她的任命合法化。最近,网上有人说,“如果不是她,程序员大概会比现在更爱格子衫,抱更久的电脑,掉更多的头发,感叹更多代码的无常,并且短命30年”。这种说法自然有些夸张——因为没有她,还会有别人发明高级编程语言,例如,几乎与Cobol语言同时期,IBM公司的科学家发明了Fortran语言。

计算机应用领域最高的荣誉莫过于图灵奖了。图灵奖一般每年只奖励一名计算机科学家,被称为计算机界的诺贝尔奖。其中的两位获奖者艾兹格•W•迪科斯彻 (Edsger Wybe Dijkstra,1930-2002)和高德纳(Donald Ervin Knuth,1938-),被并称为我们这个时代最伟大的计算机科学家。1972年图灵奖获得者艾兹格·W·迪科斯彻,是学习数学物理出身的,他开发了程序设计的框架结构,提出了目前离散数学应用广泛的最短路径算法。在其图灵奖获得者演讲《The Humble Programmer》(可直译为“地位卑下的程序员”,有人文雅地译为“谦恭的程序员”)中,谈到了早期程序员职业不为社会所认识。1974年图灵奖获得者高德纳,是算法程序设计技术的先驱者,其主要贡献是算法设计和实现,其获奖演讲中题目是《作为一门艺术的计算机程序设计》。高德纳的多卷本著作《计算机程序设计艺术》是无数计算机专业人员的学习教材和参考读物,也是许多专业研究工作者经常阅读的经典。据报导,1999年底,该书被American Scientist列为塑造了20世纪的科学的12部学术专著之一。这12部学术著作是:保罗·狄拉克的《量子力学》(1930)、阿尔伯特·爱因斯坦的《阿尔伯特·爱因斯坦文集:瑞士岁月:著作,1902 - 09》(1930)、曼德布罗特的《分形论》(1977)、鲍林的《化学键》(1939)、罗素和怀特海德的《数学原理》(191013)、西里尔·史密斯的《寻找结构》(1981·诺意曼和摩根斯坦的《博弈论与经济行为》(1944)、维纳的《控制论》(1948)、伍德沃和霍夫曼的《轨道对称性守恒》(1970)、阿尔伯特·爱因斯坦的《相对论的意义》(1922)、费曼的《量子电动力学》(1985)、高德纳的《计算机程序设计艺术》(1968)。

现在计算机应用已经深刻影响人类社会生活和生产的方方面面,于是出现了许多专注于程序设计的人。这是一批非常聪慧的人,大多受过严格的计算机科学和应用数学的专业训练,有缜密的逻辑思维能力,精通算法和数据结构,精通软件开发、设计以及各种语言(如,C、C++、Java、Python、Matlab和Hasell等)的编程和排错技巧,对于应用软件编程还需要具备一定的相关领域的知识。但是,这些人戏称自己为“码农”——从事编程(编程有时也被称为编码)的农民工。这种戏称是由于程序员如同农民工艰辛,还不为人所理解——有的学者教授很是瞧不起软件编程工作。

当今,我们面临继信息化之后的智能化浪潮。智能化浪潮呼唤“应用数学”、“数学应用”和“计算机应用”创新,呼唤突破传统的冯·诺依曼计算机体系结构框架和21世纪的约翰•冯•诺依曼,呼唤程序计算机设计技术革命和21世纪的格蕾丝•赫柏呼唤更多、更高水平的程序员或“码农”,也期待程序员或“码农”的地位提升。




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