編者按：李露，“學(xué)霸”一枚（本刊2012年12月（上）報(bào)道），愛好廣泛，古箏九級(jí)，合唱團(tuán)、廣播臺(tái)都有她活躍的身影。學(xué)習(xí)中，她常常發(fā)現(xiàn)不同學(xué)科之間的相通之處。也許是外在表現(xiàn)的相似，也許是內(nèi)在結(jié)構(gòu)的相近，又或許是核心理念的匹配。李露記錄下了自己的發(fā)現(xiàn)，在這里與大家分享一點(diǎn)心得。

從螞蟻搬家到大規(guī)模集成電路

我作為一個(gè)工科生，電子、計(jì)算機(jī)方面的課程是必修課程。計(jì)算機(jī)微處理器與大規(guī)模集成電路中“并行處理”的核心工作原理，我是在看了一篇英語閱讀文章并聯(lián)想到相關(guān)生物實(shí)例后才真正理解。

那篇英語閱讀講了生物體系中的兩種生存模式：蜜蜂成群出去覓食和螞蟻單個(gè)排隊(duì)覓食。我們也許都聽過蜜蜂交流表達(dá)的方式是跳舞，但是很少有人注意到它們出去尋找食物花粉時(shí)結(jié)伴而行的特點(diǎn)。結(jié)伴而行，群居生活，這似乎都不是什么新鮮事。蜜蜂成群出行，實(shí)際上是以一種特殊的三維幾何學(xué)模型隊(duì)列飛行，飛行距離不長(zhǎng)，也許是擔(dān)心失去回行的路線和方向，也許是擔(dān)心采集食物中途的丟失，也許是擔(dān)心體力的不濟(jì)。在距離花粉較近的區(qū)域，這樣成群覓食的蜜蜂能在短時(shí)間帶回大量的花粉，再拿去釀蜜，食物儲(chǔ)備較快地就充足起來了。

如若你細(xì)細(xì)觀察，螞蟻搬運(yùn)食物也是以隊(duì)列出行，不過幾乎是一列隊(duì)形，少有幾列隊(duì)伍同時(shí)行進(jìn)。若是從人類的視角居高臨下俯視，會(huì)看到土地上一條蜿蜒的、流動(dòng)著的黑線，似乎也不是很長(zhǎng)。但是對(duì)于螞蟻來說，這卻是漫漫“長(zhǎng)征”了。單列而行，在出發(fā)地和目的地總有同伴，丟失路線的可能性很小。而且，長(zhǎng)途運(yùn)輸食物也顯得更為可靠：食物是被交換著運(yùn)送回大本營(yíng)的。一只螞蟻累了，立馬有一只螞蟻接過食物，繼續(xù)運(yùn)回。但是，這種方案要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能堆積起一個(gè)季度所需的糧食儲(chǔ)備。

你說蜜蜂螞蟻這兩種覓食的方案，孰優(yōu)孰劣？

也許你根本就不能全盤肯定一方，全盤否定另一方。長(zhǎng)時(shí)間大自然的進(jìn)化造就了這樣一個(gè)豐富多彩、差異橫生的生物系統(tǒng)。每個(gè)物種、每個(gè)群落的生活方式自有適于個(gè)體生存、適于整個(gè)自然世界發(fā)展的道理。

蜜蜂成群出行的情景我難以得見，當(dāng)然也怕被蜇成大腫臉不敢試驗(yàn)。螞蟻運(yùn)食卻是從小就見到，再尋常不過了。但是這么一對(duì)比，我突然發(fā)現(xiàn)其中的奧妙來。

你說電子和計(jì)算機(jī)世界里的串行、并行工作方式是不是也像這生物系統(tǒng)？

微處理器外幾乎一切數(shù)據(jù)和信息的傳遞都是串行的。數(shù)據(jù)流可以穿過高山、大海，經(jīng)過漫漫長(zhǎng)路。但是微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理卻是并行的。就集成在一塊芯片上的中央控制器、各種寄存器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等等在一秒內(nèi)就能處理億萬次的計(jì)算，能執(zhí)行無數(shù)的指令。但在CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸距離卻是很短的。從工程學(xué)理論來分析，一方面能量的供應(yīng)只能維持短距離的數(shù)據(jù)傳輸；另一方面，長(zhǎng)距離傳輸降低了數(shù)據(jù)傳遞的可靠性，差錯(cuò)率等等會(huì)因距離過長(zhǎng)而大大提高。

大規(guī)模的集成電路也是這樣。許多電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)芯片都要設(shè)置“串并接口”，為的是外部串行的信息自如地進(jìn)入處理器內(nèi)變成并行數(shù)據(jù)。

如果單單記憶書本上的概念，單單背出“馮·諾依曼”的結(jié)構(gòu)圖，我考試卷上不會(huì)答錯(cuò)，但是我永遠(yuǎn)都無法真正理解串并處理的奧妙。生物學(xué)上看似毫無關(guān)聯(lián)的生存法則、大自然中那些不經(jīng)意的小事，蘊(yùn)含著能夠指引人類前行的巨大智慧??！在一段時(shí)間后一篇科技?xì)v史文獻(xiàn)的閱讀中，我驚喜地印證了自己的想法。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的奠基人Philip Emeagwali所做的重大突破——超級(jí)并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是受了一個(gè)叫做honeycomb的三維蜜蜂生態(tài)幾何模型的影響。

不得不說，看到這時(shí)，我是感動(dòng)得熱淚盈眶了！

還有什么比發(fā)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通，萬物的相生相輔更令人振奮激動(dòng)的事呢？

從人口學(xué)到通信系統(tǒng)

除了生物學(xué)中生態(tài)系統(tǒng)理論和計(jì)算機(jī)工程學(xué)上這美妙的聯(lián)系，我在學(xué)習(xí)信號(hào)分析理論課程、建立通信系統(tǒng)模型的時(shí)候還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：看似八竿子打不著的社科人口學(xué)和信道分析也有重疊輝映的影子。

這還得從我閑暇時(shí)瀏覽手機(jī)報(bào)中的一篇《人口發(fā)展白皮書》說起，人口學(xué)是人文社科方面研究人口發(fā)展模式的一門學(xué)科?！度丝诎l(fā)展白皮書》講述了自有文明開始人類人口的發(fā)展情況。考慮到各種社會(huì)因素的影響，如果宏觀經(jīng)濟(jì)一片大好，失業(yè)率低下，國(guó)際政治格局穩(wěn)定，沒有戰(zhàn)爭(zhēng)帶來的家破人亡，人類科技穩(wěn)步前行，文化理念、社會(huì)心態(tài)正常和諧……人口發(fā)展的數(shù)量、質(zhì)量都具有穩(wěn)定而有規(guī)律的變化方式。

但是歷史中往往也有不可預(yù)料的因素。比如天災(zāi)的爆發(fā)，那瞬間覆滅的瑪雅文明之謎至今未解，成為考古研究、人類文明發(fā)展中的斷層?；鹕降谋l(fā)使龐培古城瞬間被埋于地下，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)挖掘出的化石依然顯現(xiàn)出當(dāng)時(shí)龐培人的正常生活狀態(tài)，或是正在睡覺、或是正在做飯。一個(gè)種族、一個(gè)文明就這樣突然地消失。這是通過傳統(tǒng)人口學(xué)理論能夠預(yù)見的嗎？

完全不能。

因此有人會(huì)擔(dān)心這世界一切未知因素所帶來的災(zāi)難，我認(rèn)為這純屬杞人憂天。就好像弄得人心惶惶、人口相傳的“2012世界末日說”一般，我只是一笑而過，不以為意。因?yàn)檫@樣的突發(fā)現(xiàn)象在歷史長(zhǎng)河中十分稀少，實(shí)屬小概率事件，無規(guī)則的“變異”也許只占不到全部情況的百分之一！

再聯(lián)想信號(hào)理論學(xué)科，甚至是實(shí)際的通信系統(tǒng)。信號(hào)理論學(xué)中研究的主要對(duì)象是有用信號(hào)和隨機(jī)噪聲。通信系統(tǒng)中一個(gè)最基本的模型便是有用信號(hào)通過一個(gè)信道輸出到另一個(gè)端點(diǎn)，因在信道的傳輸?shù)倪^程中加上了隨機(jī)噪聲，才有了后面的信號(hào)提取、噪聲濾除。并且，一般而言，被加入的噪聲和原信號(hào)相比都是很小的，觀察聲卡采集的人聲波形圖，你能夠大概區(qū)分出你說話的聲音信號(hào)和周圍的環(huán)境噪聲。并且你會(huì)發(fā)現(xiàn)，聲音尖細(xì)的女聲測(cè)得的頻率高，聲音低沉的男聲測(cè)得的頻率低，但是噪聲卻是隨機(jī)變化，無跡可尋的。

那么請(qǐng)你聯(lián)想一下：沿一定規(guī)律變化的有用信號(hào)（比如一定幅度、頻率的正弦波信號(hào)）是不是好像人口發(fā)展中占主導(dǎo)因素的穩(wěn)定模型？信道中不可避免的隨機(jī)噪聲就好似人類發(fā)展中那些無法預(yù)料的突發(fā)因素？

對(duì)于信道中的隨機(jī)噪聲，它于通信系統(tǒng)或是終端用戶而言是沒有用的信息，是干擾量、阻礙量，所以我們要提取有用信號(hào)，濾除無用噪聲。我們分析人口發(fā)展模型，更看重的也是基于政治、經(jīng)濟(jì)、文化、生態(tài)環(huán)境等等一般性的規(guī)律，但我們又無法忽視那不可預(yù)料的突變因素，我們總是想盡各種辦法希望排除阻礙人類進(jìn)步的干擾因素。比如，我們不希望我國(guó)一些地區(qū)“重男輕女”的文化思想導(dǎo)致男女比例失衡，使得將來的二十年產(chǎn)生大量光棍；我們不希望氣候異常、環(huán)境突變?cè)斐杉Z食產(chǎn)量的大規(guī)模減小，使得人類因?yàn)閲?yán)重的饑荒而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)不良甚至是數(shù)量銳減。

一個(gè)微觀而簡(jiǎn)單的正弦信號(hào)通過有噪的通信信道模型，竟然和宏觀上的人口學(xué)中人類發(fā)展模式有驚人的相似相通之處，不得不令我再次感嘆這世界的奇妙！我時(shí)常大膽想象：是不是有些真理，隨著宇宙大爆炸、地球上文明的誕生就已經(jīng)確定了呢？這世界，既是自然發(fā)展著的生態(tài)世界、擁有歷史積淀的文明世界，又是我們通過強(qiáng)大的智慧所創(chuàng)造出的科學(xué)世界。我們一邊分析著這個(gè)世界的文化、歷史，我們一邊也創(chuàng)造著能為我們所用的理論系統(tǒng)、實(shí)踐工程。也許冥冥間我們?cè)缫崖?lián)系起了許多看似無關(guān)的現(xiàn)象，利用并改善這個(gè)世界。

也許，這就是人類能夠在這美麗的地球家園中代代繁榮的原因吧！

文學(xué)藝術(shù)能交相輝映，基礎(chǔ)科學(xué)同應(yīng)用工程學(xué)能藕斷絲連，人文社科同數(shù)理工程也有相通之處。這一切，是不是很有意思呢？

差異，是一定會(huì)存在的，正是因?yàn)椴町愋院筒豢商娲莫?dú)特性，才有了具體的學(xué)科分類。但是，形態(tài)和機(jī)理的相似，卻是這千般萬種差異中的一抹亮色。我不知道你是否也曾有過這樣的發(fā)現(xiàn)，不知道你會(huì)作何感受。但是，于我而言，我仿佛飽嘗了人間最鮮美的甘露，覺得源源不斷的創(chuàng)造力奔涌而出，覺得這是自然萬物、天地之間最和諧的美。我愿意深刻地理解這種種差異，我更愿意鉆研這細(xì)微而不經(jīng)意的聯(lián)系。我相信，這樣的融會(huì)貫通會(huì)帶領(lǐng)我們邁向生命中新的臺(tái)階。

責(zé)任編輯：張婷