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数学模型

已有 450 次阅读 2024-4-26 13:47 |个人分类:工作点滴|系统分类:科研笔记

(2008-12-26 23:34:36)

    OO大师Grady Booch曰:“We build models of complex system because we cannot comprehend and such system in its entirely (Boo96).”的确,吾辈之所以为复杂的系统建构模型,那是是因为吾辈没有能力或者难以了解整个系统的各个层面,不得已而已。因此,模型是人类基于一些拓扑学的高深理论,这种理论更适合于描述那些连续的原因产生不连续的结果的现象。如果不能进行建模,那么这些结果将是不可预期的,如果这些结果同时又是破坏性的,那么吾辈将这些结果叫作灾难。然而,通过一些合适的手段进行建模就能够对这些结果进行理解和预测。

    首先,吾辈必须知道,数学是研究现实世界中数量关系和空间形式的,简单地说,是研究数和形的科学。 由于数学研究对象的数量关系与空间形式都来自现实世界,因而数学尽管在形式上具有高度的抽象性,而实质上总是扎根于现实世界。

    计算机的出现使数学又面临一个新时代,从而部分脑力劳动的逐步机械化。与17世纪以来数学之以围绕连续、极限等概念为主导思想与方法不同,由于计算机研制与应用的需要,离散数学与组合数学开始受到重视。计算机对数学的作用已不仅仅限于数值计算,符号运算的重要性日趋明显,其中包括机器证明等数学研究,计算机还广泛应用于科学实验。为了与计算机更好地配合,数学对于构造性、计算性、程序化与机械化的要求也显得颇为突出。

    其次,吾辈还必须知道,模型就是旁样,就是可以模仿着去完成的东西。模型,即是对实体的特征及变化规律的一种表示或抽象,即是把对象实体通过适当的过滤,用适当的表现规则描绘出的简洁的模仿品。简单而言,模型的基础元素包括一组基本概念以及一组关系或规则。借助这些元素来表达出系统的架构。由于人们对基础元素有了共同的认知,所以整个系统的架构的描述(即系统的模型)也就成为人与人之间可以认知和理解的东西。因此,人与人之间采用共同的模型时,就易于沟通,易于互相合作了。

    数学模型,就是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作的一个抽象的、简化的结构。数学模型是数学抽象的概括的产物,其原型可以是具体对象及其性质、关系,也可以是数学对象及其性质、关系。具体来说,数学模型就是为了某种目的,用字母、数学及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。

    自然从来不跳跃吗?那么吾辈为什么看不到物种的进化?事物的发展是间断性之平衡吗?物种起源了,还会再次起源吗?在形态改变的巨大范围之内和很长之时间里,由于人类无法观察到事物变化的真正规律,所以吾辈往往使用了不适合度函数来解决问题,问题是这样的方法合理吗?

    安德烈,海佛里格(Anre Haefliger)在他1958年的博士论文中已经证明了这个在数学上“非凡”的过程。在相同地点、相同时间、相同环境下,吾辈只能用局部地粗略比较个体之间的适合度,只能通过计算事物发展的存活后代数量来确定不适合度函数。然后,在确定了局部的不适合度函数之后,吾辈才有可能科学地将它们融合起来,形成一个全局的不适合度函数。

    人类之观察,在时间上的不连续性,表现为间断平衡;在空间上的不连续性,表现为突变前沿;在形态上的不连续性,表现为物种形成,或者偶然性的(限制)路径选择。对于人类的过去,达尔文已经说的足够多了,可是关于未来人类仍然一筹莫展。

    也许这一筹莫展就是人类之创造,也正因为一筹莫展才会有人类之创造。



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