丘成桐数学竞赛

应用与计算数学:把世界算出来

10 分钟

这一派问什么:纯数学关心「对不对」,应用与计算数学多问两句:「算得出来吗?算得快不快?」很多方程理论上存在唯一解,却没有任何公式能把它写出来——这时候就要靠数值方法,一步一步逼近答案。

三个身边的例子:天气预报是把大气切成无数小格子,在超级计算机上求解流体方程;导航软件在几亿条道路里几秒钟找出最优路线;快递分拨中心每晚要决定几万个包裹上哪辆车——这是一个庞大的「优化」问题。它们背后全是计算数学。

误差是头等大事:计算机存不下无限位小数,每一步计算都有舍入。所以计算数学家要问:误差会越滚越大,还是被控制住?两套初始数据只差亿分之一,算到后面会不会面目全非?「算法稳不稳」和「答案对不对」同样重要。

常见误区:以为计算机算出来的就是精确的。恰恰相反,数值计算的全部艺术就在于「知道自己错多少」。另一个误区是觉得应用数学「不纯粹、档次低」——实际上从飞机设计到新药筛选,现代社会的底座就是它。

练一练:不用计算器,用「二分法」徒手逼近根号2:先猜1.5(平方2.25,大了),再猜1.4(平方1.96,小了)……和家长比一比,谁先确定到小数点后两位。

小纸条

用二分法把根号2逼近到小数点后两位,记录每一步的猜测区间。

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