數(shù)學(xué)應(yīng)用與電子科技

鄭品兮

【摘 要】眾所周知，數(shù)學(xué)是所有學(xué)科之父，在很多的工程應(yīng)用之中，數(shù)學(xué)往往占據(jù)十分重要的位置。今天，全世界都進(jìn)入了信息時代，而信息時代最顯著的一個特征就是信息傳遞和儲存的方式及信息處理的方式逐漸實現(xiàn)了數(shù)字化，這里的數(shù)字化就與數(shù)學(xué)有著千絲萬縷的聯(lián)系。因此，學(xué)生掌握好數(shù)學(xué)知識，對未來學(xué)習(xí)更高深的信息技術(shù)應(yīng)用，更加先進(jìn)的電子科技有十分重要的作用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)應(yīng)用；基礎(chǔ)算法；電子科技

熟悉科技?xì)v史的人都知道，世界上第一臺計算機(jī)的雛形是一個數(shù)學(xué)家阿倫圖靈設(shè)計的。一臺作為實際應(yīng)用工具的計算機(jī)，是一個看似看不見摸不著的數(shù)學(xué)領(lǐng)域的專家設(shè)計的，這樣的組合，十分典型地體現(xiàn)了現(xiàn)代科技中數(shù)學(xué)與高科技之間的關(guān)系。其實，在今天的高科技行業(yè)中，數(shù)學(xué)的應(yīng)用十分廣泛，無論是在實際硬件的操作中，還是在理論的推動里，數(shù)學(xué)都占有十分重要的位置。學(xué)好數(shù)學(xué)、理解數(shù)學(xué)的算法，對于推動科學(xué)技術(shù)有莫大助益。

一、數(shù)學(xué)知識與電子科技之間的關(guān)系

（一）數(shù)學(xué)知識為電子科技提供理論支持

從世界上的第一臺計算機(jī)被發(fā)明出來開始，數(shù)學(xué)就已經(jīng)與現(xiàn)代科技產(chǎn)生了不可斬斷的聯(lián)系。世界上的第一臺計算機(jī)叫做“克里斯托弗”，也叫做“反恩尼格瑪”，它是由英國數(shù)學(xué)家阿蘭圖靈設(shè)計研究的。它最初是用來破譯德國人發(fā)明的密碼排列機(jī)器“恩尼格瑪”，它基礎(chǔ)的原理就是在確定的信息中找到幾種語言與數(shù)字之間的固定組合關(guān)系，然后通過這種固定的組合關(guān)系，以數(shù)學(xué)的方式確定密碼信息中的其他密碼所代表的文字內(nèi)容。數(shù)學(xué)家阿蘭圖靈通過這樣的思路開啟了由數(shù)字計算和算法推動破譯密碼對人類的信息進(jìn)行編譯和解碼的進(jìn)程。后人逐漸在阿蘭圖靈的設(shè)想和研究上繼續(xù)發(fā)展，隨著微觀物理學(xué)的理論發(fā)展，人們又能夠在晶體管上進(jìn)行焊接和雕刻，至此，第一臺現(xiàn)代意義上的計算機(jī)就在阿蘭圖靈的理論基礎(chǔ)上誕生了。如今，我們每個人都擁有了個人電腦，而今天的個人電腦無論發(fā)展到什么程度，應(yīng)用了怎樣簡捷明了美觀的圖形界面，它的基礎(chǔ)仍然是阿蘭圖靈的數(shù)字算法。

高中生都具備基本的數(shù)理知識，對于自然數(shù)的掌握已經(jīng)十分熟悉，而計算機(jī)的基本語言是以二進(jìn)制的數(shù)字進(jìn)行排列組合的，二進(jìn)制中的基本數(shù)字單位十分簡單，只有1和0，根據(jù)密碼的編譯思路及解碼的規(guī)程，可將1和0進(jìn)行無限的排列組合，用來表達(dá)無限的復(fù)雜信息。在高中數(shù)學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)十分詳細(xì)地學(xué)習(xí)過排列組合的相關(guān)內(nèi)容，只要懂得將知識遷移，便能更好地理解現(xiàn)代電子科技。

（二）數(shù)學(xué)知識推動現(xiàn)代電子科技進(jìn)入實用領(lǐng)域

在今天的技術(shù)發(fā)展中，處于時代風(fēng)口浪尖的要屬人工智能技術(shù)，而作為上世紀(jì)的數(shù)學(xué)家，阿蘭圖靈早在提出計算機(jī)的基本框架時，就已經(jīng)設(shè)想到了如今將會發(fā)展出來的人工智能?？梢娙斯ぶ悄苓@個概念在數(shù)學(xué)層面早已有過相應(yīng)推論。細(xì)究人工智能的底層邏輯，其實就是通過算法的累積疊加和迭代，不斷使運算變得更加智能和自動化，以底層的算法推動上層工程自動進(jìn)行運行，實現(xiàn)程序的自動化運轉(zhuǎn)，這樣，在實現(xiàn)的方式上就展現(xiàn)出了一種仿佛具有智能的表現(xiàn)。

舉例來說：目前，谷歌公司的deepmind團(tuán)隊已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)很先進(jìn)的人工智能技術(shù)，完成自動化程度很高的人工智能工程，他們所研究出來的機(jī)器人AlphaGo能夠迎戰(zhàn)世界頂級圍棋大師，且屢次取勝，這背后所依靠的就是人工智能的算法。當(dāng)前主流的人工智能算法包括Python，以及卷積神經(jīng)深層網(wǎng)絡(luò)算法等，它們的應(yīng)用過程雖然十分復(fù)雜，但是底層仍然是一些十分簡單的數(shù)學(xué)定理，以及邏輯清晰的數(shù)學(xué)運算。在AlphaGo展現(xiàn)出了超強的人工智能運算能力以后，世界上有很多公司紛紛開始著力研究人工智能技術(shù)，到如今，可以看到很多公司都已經(jīng)將人工智能工程落地化，甚至讓人工智能技術(shù)走進(jìn)了千家萬戶。

比如：現(xiàn)在學(xué)生可以用到的一些學(xué)習(xí)軟件，就可以通過大數(shù)據(jù)分析、卷積神經(jīng)算法等方式，為學(xué)生推薦最適宜的習(xí)題練習(xí)策略。同時，老師在分析學(xué)生的平時學(xué)習(xí)效果和表現(xiàn)時，也會用到大數(shù)據(jù)分析。這些人工智能技術(shù)背后所依靠的仍然是數(shù)學(xué)所提供的算法邏輯，如果沒有算法的進(jìn)步，人工智能技術(shù)將無法進(jìn)步。與人工智能技術(shù)相同，如今世界上最先進(jìn)的技術(shù)，比如：云計算、電子通信技術(shù)等，都需要數(shù)學(xué)作為底層算法邏輯進(jìn)行推動，即使是作為設(shè)備心臟的芯片也需要算法的進(jìn)步，這樣才能進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)調(diào)整，可見數(shù)學(xué)對當(dāng)今世界的科技發(fā)展十分必要。

二、數(shù)學(xué)知識推動電子科技進(jìn)步的策略

（一）深入理解數(shù)理邏輯

通過上文的論述可以理解，在當(dāng)今社會，學(xué)生若要真正推動科學(xué)技術(shù)的整體進(jìn)步，就必須好好利用數(shù)學(xué)知識，深度理解數(shù)學(xué)知識，唯有如此，才能為高科技注入源源不斷的發(fā)展動力。前百度首席科學(xué)家吳恩達(dá)就曾經(jīng)提出：在今天的教育中，應(yīng)對學(xué)齡階段的學(xué)生進(jìn)行算法教育，可以說最前沿的科學(xué)家已經(jīng)把高科技的底層算法當(dāng)做一種常識進(jìn)行推廣，因此，作為正處于教育階段的學(xué)生，想要跟上科技發(fā)展的步伐，就必須要主動接受相應(yīng)的知識，并主動研究數(shù)學(xué)知識。其實，正如上文所說，很多高科技看似十分復(fù)雜，但是它底層算法的邏輯卻是十分簡單清晰的，眾所周知，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，越是簡單的邏輯就越具力量，就越能夠應(yīng)用在更加廣泛的范圍中。因此，高中階段的學(xué)生應(yīng)打好數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)，以便深度理解數(shù)理邏輯。

舉例來說：高中生也能通過現(xiàn)有的知識去理解上文所提到的Python和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，很多與現(xiàn)代電子科技相關(guān)的數(shù)學(xué)內(nèi)容都與目前高中數(shù)學(xué)中的解析幾何函數(shù)圖像及排列組合等內(nèi)容相關(guān)。比如：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其本質(zhì)就是將多個運算的運算過程和運算結(jié)果以卷擊的方式累積起來，如果按照數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過程來類比其與學(xué)生未來可能會接觸到的微積分就有很大的關(guān)系。因此，學(xué)生在高中階段首先學(xué)習(xí)排列組合的基礎(chǔ)邏輯，搞清楚排列組合的數(shù)理分析方法，對其未來接觸這些更加高深和復(fù)雜的算法內(nèi)容會有很大的幫助。

（二）用數(shù)理思維關(guān)注電子科技的發(fā)展

學(xué)生在努力理解數(shù)學(xué)知識的基本邏輯的同時，也應(yīng)該時刻不忘關(guān)注高科技的最新發(fā)展?fàn)顩r。以通信技術(shù)來說，現(xiàn)如今的通信技術(shù)本質(zhì)上就是將人們要表達(dá)的信息數(shù)字化編碼及解碼的過程。在信息時代，最重要的技術(shù)就是通信技術(shù)，學(xué)生只要養(yǎng)成以數(shù)學(xué)知識的視角去觀察通信技術(shù)的習(xí)慣，就能理清數(shù)學(xué)知識的發(fā)展與高科技之間的關(guān)系，同時也能隨時跟上時代的發(fā)展步伐，調(diào)整自身的學(xué)習(xí)方向，獲得更加精準(zhǔn)的時代定位。

舉例來說，老師在教學(xué)中使用的智能習(xí)題推薦系統(tǒng)就能夠讓學(xué)生用最短的時間去練習(xí)最薄弱的知識點，并且智能習(xí)題推薦系統(tǒng)還能實時對學(xué)生的答題正確率、知識掌握情況做監(jiān)測，這背后運用的都是概率推算、微積分算式等數(shù)學(xué)知識。如果學(xué)生能夠常常以這樣的視角去觀察技術(shù)的進(jìn)步，那么學(xué)生便能時刻為時代的發(fā)展做好最充足的準(zhǔn)備。

綜上所述，高中生在學(xué)習(xí)中應(yīng)時刻理解自身所學(xué)知識與時代發(fā)展間的關(guān)系。數(shù)學(xué)是所有學(xué)科中最為重要也是最為復(fù)雜的一個科目，學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和利用數(shù)學(xué)的過程中，應(yīng)把握好這其中的知識與高科技發(fā)展之間的關(guān)系，以不斷調(diào)整自身的學(xué)習(xí)方向，適應(yīng)未來的發(fā)展，并努力為未來的高科技發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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