为什么计算机专业的学生要学大量的微积分知识,难道不是更应该学习组合(离散)数学吗?

征服者的荣光


计算机学科是脱胎于数学学科的,毕竟从一开始计算机的发明就是为了更快速更方便的计算——人们总结出计算中最为简单和基础的规律,并将这些规律用硬件的方式实现,靠着重复性和大规模性上的优势,计算机可以轻松实现人脑不能比拟的广度。从深度上而言,数学考验了人脑逻辑上的前沿,计算机在此就略逊一筹。

随着人工智能产业的兴起,数学的学科应用价值再一次得到凸显。中国科学院自动化研究所副研究员侯广琦认为,人工智能发展的核心趋势之一,就是通过深入研究人工智能的理论模型,让人工智能拥有越来越强的学习能力,最终实现自主学习。而数学也正是建立人工智能模型最重要的基础之一。如果考生将来想向人工智能领域发展,又喜欢理论研究,计算机科学同样需要数学知识的切入。随着计算机科学的出现,一些以前不太受到重视的数学分支突然重要起来。人们发现,这些分支处理的数学对象与传统的分析有明显的区别:分析研究的问题解决方案是连续的,因而微分,积分成为基本的运算;而这些分支研究的对象是离散的,因而很少有机会进行此类的计算。人们从而称这些分支为

1.数学让计算机无所不能

据报道前段时间,清华大学马昱春老师给CS精英训练营的学生做了一场讲座,叫“数学在计算机科学中的重要性。”不过对这个题目,马昱春老师认为,改成“数学对计算机学生的重要性”更好,更接地气。别笑,同学们最喜欢问的问题就是,“学XXX有用吗?”打开知乎,这样格式的问题比比皆是。当然清华的学生也爱问,他们总问,“学线性代数有什么用?”“学微积分有什么用?”

先把话题扯远一点。前段时间有个段子,说某知名互联网公司组织了一场数学考试,要求不达标的员工卷铺盖走人。当然事后这件事被证伪,但有过求职经验的同学都知道,很多公司的笔试题里,都有数学题。不仅公司招聘,各大考试里都包含数学/逻辑科目。原因很简单,如何快速了解一个人的思维能力,判断一个人聪不聪明,当场让他做数学题就行。简历可以包装,面试可以培训,数学题,那就看大家的真本事了。

马昱春老师给大家展示清华大学计算机系的培养方案,数学课占到了170学分中的40学分,这还不包含计算机专业课中的一些数学部分。

再看看国际知名大学,那些计算机专业的牛校,如MIT、CMU,在他们的课程设置里,数学课一样占到了极大的比重。

“哪门数学课最没用?”讲座上,马昱春老师当场让学生们投票,“你觉得哪门数学课最没用?”除了安全选项“全都有用”外,有近3成的学生选择了“复变函数”,还有少量学生选择了“微积分”。

马昱春老师笑着说,“进校门学的第一节课,竟然有好多学生觉得最没用,这个对我的打击太大了。”

那微积分到底有什么用?计算机的诞生就是和数学分不开的。最早人类就是为了应付庞大的计算,发明了计算机,替人类送卫星上天。而发展到今天,人们才真正意识到,“是数学让计算机无所不能”。我们用的每一个APP,上面的文字、显示、线条,难道不都是数学吗?我们玩的赛车类游戏,设计车辆行驶方式的时候,计算路径,要寻求切线,不就是导数么。

2. 离散数学日益重要

组合数学,又称为离散数学,但有时人们也把组合数学和图论加在一起算成是离散数学。组合数学是计算机出现以后迅速发展起来的一门数学分支。计算机科学就是算法的科学,而计算机所处理的对象是离散的数据,所以离散对象的处理就成了计算机科学的核心,而研究离散对象的科学恰恰就是组合数学。组合数学的发展改变了传统数学中分析和代数占统治地位的局面。现代数学可以分为两大类:一类是研究连续对象的,如分析、方程等,另一类就是研究离散对象的组合数学。

“离散数学”。“离散数学”的名字越来越响亮,最后导致以分析为中心的传统数学分支被相对称为“连续数学”。

离散数学经过几十年发展,基本上稳定下来。一般认为,离散数学包含以下学科:

1) 集合论,数理逻辑与元数学。这是整个数学的基础,也是计算机科学的基础。

2) 图论,算法图论;组合数学,组合算法。计算机科学,尤其是理论计算机科学的核心是算法,而大量的算法建立在图和组合的基础上。

3) 抽象代数。代数是无所不在的,本来在数学中就非常重要。在计算机科学中,人们惊讶地发现代数竟然有如此之多的应用。

组合数学不仅在基础数学研究中具有极其重要的地位,在其它的学科中也有重要的应用,如计算机科学、编码和密码学、物理、化学、生物等学科中均有重要应用。微积分和近代数学的发展为近代的工业革命奠定了基础。而组合数学的发展则是奠定了本世纪的计算机革命的基础。计算机之所以可以被称为电脑,就是因为计算机被人编写了程序,而程序就是算法,在绝大多数情况下,计算机的算法是针对离散的对象,而不是在作数值计算。正是因为有了组合算法才使人感到,计算机好象是有思维的。

组合数学不仅在软件技术中有重要的应用价值,在企业管理,交通规划,战争指挥,金融分析等领域都有重要的应用。在美国有一家用组合数学命名的公司,他们用组合数学的方法来提高企业管理的效益,这家公司办得非常成功。此外,试验设计也是具有很大应用价值的学科,它的数学原理就是组合设计。用组合设计的方法解决工业界中的试验设计问题,在美国已有专门的公司开发这方面的软件。最近,德国一位著名组合数学家利用组合数学方法研究药物结构,为制药公司节省了大量的费用,引起了制药业的关注。

总之,组合数学无处不在,它的主要应用就是在各种复杂关系中找出最优的方案。所以组合数学完全可以看成是一门量化的关系学,一门量化了的运筹学,一门量化了的管理学。胡锦涛同志在1998年接见"五四"青年奖章时发表的讲话中指 出,组合数学不同于传统的纯数学的一个分支,它还是一门应用学科,一门交叉学科。他希望中国的组合数学研究能够为国家的经济建设服务。

如果21世纪是信息社会的世纪,那么21世纪也必将是组合数学大有可为的世纪。


中学数学深度研究


微积分是对客观世界各种物理模型最常用的建模方法,你要对一个机械、化学、经济学、地理等等任何一个领域的动态、瞬态和静态分析、空间分布分析基本都要用微积分建立复杂的方程,再用计算机数值模拟仿真。


野花啼鸟


学习微积分知识,还只是基础。更要学的是场论与数论。


教育反思者


提这个问题,说明你对计算机专业还没有入门,等你学完了,自己能做项目的时候就懂了,


社区合家兴


微积分与离散数学是有关系的!


冯守平82419


微积分是数学中最重要也是最基础的思想,肯定必须学的


上淋829


现代数学手册五卷本里有一卷是计算机数学,你去看看,假如对经典数学一无所知,能不能看个皮毛。


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