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(shí)代，而信息時(shí)代最顯著的一個(gè)特征就是信息傳遞和儲(chǔ)存的方式及信息處理的方式逐漸實(shí)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(shí)，對(duì)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(tái)計(jì)算機(jī)的雛形是一個(gè)數(shù)學(xué)家阿倫圖靈設(shè)計(jì)的。一臺(tái)作為實(shí)際應(yīng)用工具的計(jì)算機(jī)，是一個(gè)看似看不見摸不著的數(shù)學(xué)領(lǐng)域的專家設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)際硬件的操作中，還是在理論的推動(dòng)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(duì)于推動(dòng)科學(xué)技術(shù)有莫大助益。

一、數(shù)學(xué)知識(shí)與電子科技之間的關(guān)系

（一）數(shù)學(xué)知識(shí)為電子科技提供理論支持

從世界上的第一臺(tái)計(jì)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?cái)嗟穆?lián)系。世界上的第一臺(tái)計(jì)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(jì)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(jì)算和算法推動(dòng)破譯密碼對(duì)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(tái)現(xiàn)代意義上的計(jì)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(gè)人都擁有了個(gè)人電腦，而今天的個(gè)人電腦無論發(fā)展到什么程度，應(yīng)用了怎樣簡(jiǎn)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(shí)，對(duì)于自然數(shù)的掌握已經(jīng)十分熟悉，而計(jì)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(jiǎn)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(shí)遷移，便能更好地理解現(xiàn)代電子科技。

（二）數(shù)學(xué)知識(shí)推動(dòng)現(xiàn)代電子科技進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域

在今天的技術(shù)發(fā)展中，處于時(shí)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(jì)算機(jī)的基本框架時(shí)，就已經(jīng)設(shè)想到了如今將會(huì)發(fā)展出來的人工智能?？梢娙斯ぶ悄苓@個(gè)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(shí)就是通過算法的累積疊加和迭代，不斷使運(yùn)算變得更加智能和自動(dòng)化，以底層的算法推動(dòng)上層工程自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣，在實(shí)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(duì)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(dòng)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(jí)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(jiǎn)單的數(shù)學(xué)定理，以及邏輯清晰的數(shù)學(xué)運(yùn)算。在AlphaGo展現(xiàn)出了超強(qiáng)的人工智能運(yùn)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(shí)，老師在分析學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)效果和表現(xiàn)時(shí)，也會(huì)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(jì)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(dòng)，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(duì)當(dāng)今世界的科技發(fā)展十分必要。

二、數(shù)學(xué)知識(shí)推動(dòng)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(huì)，學(xué)生若要真正推動(dòng)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(shí)，深度理解數(shù)學(xué)知識(shí)，唯有如此，才能為高科技注入源源不斷的發(fā)展動(dòng)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(duì)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(shí)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(dòng)接受相應(yīng)的知識(shí)，并主動(dòng)研究數(shù)學(xué)知識(shí)。其實(shí)，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(jiǎn)單清晰的，眾所周知，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，越是簡(jiǎn)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(shí)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(shí)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(gè)運(yùn)算的運(yùn)算過程和運(yùn)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(huì)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(duì)其未來接觸這些更加高深和復(fù)雜的算法內(nèi)容會(huì)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(shí)的基本邏輯的同時(shí)，也應(yīng)該時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的發(fā)展與高科技之間的關(guān)系，同時(shí)也能隨時(shí)跟上時(shí)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(shí)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(shí)間去練習(xí)最薄弱的知識(shí)點(diǎn)，并且智能習(xí)題推薦系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生的答題正確率、知識(shí)掌握情況做監(jiān)測(cè)，這背后運(yùn)用的都是概率推算、微積分算式等數(shù)學(xué)知識(shí)。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(shí)刻為時(shí)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(shí)刻理解自身所學(xué)知識(shí)與時(shí)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(gè)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(shí)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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