计算机的数学模型 数学模型是什么

数学的模型
史宁中
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【计算机的数学模型 数学模型是什么】人们通过抽象和推理,逐渐形成了数学研究的对象和概念,创建了数学运算的方法和法则,得到了数学命题的假设与结论 。这样的过程历经数干年,一个庞大的数学王国就建立起来了 。与此同时,人们不断地把数学创建的方法和结论应用到现实生活和生产实践中,这就是数学的应用 。数学的应用相当广泛,从日常生活购物的斤斤两两,到浩瀚宇宙星座间距离的度量,几乎涉及现实生活的各个方面,涉及生产实践的各个领域 。数学模型属于数学的应用,但与通常所说的数学应用有着非常本质的区别,这个区别导致数学模型的思想与数学应用的思想也不尽相同 。
之所以可以把模型称为一种数学思想,这与数学模型的功能有关 。虽然数学模型属于数学应用的范畴,但主要是指:用数学所创造出来的概念、原理和方法,来理解、描述和解决现实世界中的一类问题 。这样的一类问题往往蕴含着某种事物发生的规律性,或者说,蕴含着某种事物发展的必然性 。因此,模型思想是指:能够有意识地用数学的概念、原理和方法,理解、描述以及解决现实世界中一类问题的那种思想 。
掌握模型思想就是:把握现实世界一类问题的本质与规律,用恰当的数学语言描述问题的本质与规律,用合适的数学符号表达问题的本质与规律,最后得到刻画一类事物的数学模型 。
简而言之,模型思想就是用数学的语言讲述现实世界的故事;数学模型构建了数学与现实世界的桥梁,借助数学模型使数学回归于现实世界 。
数学对于实现世界的回归是极为重要的,也就是说,数学模型对于数学的发展是极为重要的,因为数学家必然会从数学的角度审视模型中的数学表达,汲取“创造数学”的灵感,促进数学自身的发展 。比如微积分就是在讲述现实世界的故事中产生与发展起来的 。甚至可以认为,数学模型的构建与应用,是现代数学得以健康发展的重要源泉 。
冯诺依曼曾警告说,数学经过多次抽象之后可能出现近亲繁殖、退化的危险 。这一点应该得到充分的重视,很显然,避免数学退化最简单的办法就是注重数学与现实世界的联系,而联系的最重要途径就是数学模型 。合理的思维过程具有理性加工的功能,而现实世界的事物一旦经过理性加工,或者说,一旦经过数学的描述,不仅具有了一般性,而且具有了真实性 。而数学模型就是这种理性加工的范例,数学对于解释世界是无能为力的,但利用数学能够更好地描述现实世界 。
正因为如此,数学模型的价值取向往往不是数学本身,而是数学模型在描述现实世界中所起到的作用;数学模型的研究手法也不是单向的,需要从数学的角度思考,更需要从现实问题的角度思考 。也只有这样,才可能启发数学家的灵感,创造出新的数学 。
不难想象,除却对所要研究的现实世界的那一类实物本身的了解之外,模型思想也是建立在抽象和推理之上的,这是因为无论是从数学的角度把握实物的本质与规律,还是用数学的语言描述实物的本质与规律,知识基础是对数学内容的把握,思维基础就是抽象和推理 。
综上所述,在数学教学活动中,让学生了解数学模型,特别是了解数学模型的构建过程是非常重要的 。因为在这个过程中,可以让学生体会:如何用数学的“眼睛”观察现实世界,如何用数学的“思维”思考现实世界,如何用数学的“语言”描述现实世界 。

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