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第49章 计量思维法

(一)概念

运用数学计算、数理统计、数学模型、电子计算机等方法来计算、预测、验证某些问题。

(二)应用范围

计量思维法主要应用于创造发明、自然科学、社会科学研究、经济预测、工程设计等等。

(三)举例说明

“例1”英国动物学家查理·艾尔顿毕业于牛津大学,曾几次参加极地探险,专门研究野生动物,并担任加拿大哈得逊湾毛皮公司顾问。该公司的毛皮都是向居住在北极的爱斯基摩人收购来的,公司历年来收购账本里详细记载着每年收购的毛皮张数。艾尔顿在翻阅账本时发现:收购狐皮的数量每隔四年就出现一次最大的数量,反复有规律地变化着。艾尔顿根据他几次极地考察的经验认为,关键是北极狐的食物——旅鼠。生活在北极原野上的旅鼠,当有充足食物时,它们繁殖的速度很快,数量急骤增多,到一定时候它们就会躁动不安,然后突然开始集体迁徙。数以百万计的旅鼠,穿过原野,越过高山,勇往直前,到达海岸边,全体毫不犹豫地跳下海,全部葬身海洋,尸骸被海水冲到岸上,遍及海滩。这种“旅行”,每四年必发生一次,历史上记载为“旅鼠年”。这一年,旅鼠疯狂地迁徙以后,北极原野仅存少数的旅鼠,以它为食的北极狐也因此而饿死或减少生育,数量大减。到了第二年、第三年,旅鼠因食物充足,又会迅速繁殖增多,北极狐数量也逐渐增加,到第四年达到高峰。因密度过大,食物不足,鼠群紧张不安,又大规模迁徙,四年一个周期的过程又重现。

艾尔顿找出了一条生物的食物链,于1924年发表了他的这项研究成果。1927年,他的《动物生态学》问世,揭示了生物界相互依存的生态平衡关系,他成为动物生态学的奠基人。

“例2”1940年,英国派出10个飓风式飞机战斗中队,协助法军对德国空军作战,在法国总统的要求下,英国首相丘吉尔决定再派120架飓风式战斗机支援法国空军。英国皇家空军司令道丁认为,飓风式战斗机虽然有第一流的设计性能,但由于法国缺少雷达警戒系统,指挥和地勤器材保障条件不好,所以是个很不理想的战场。为了说服丘吉尔改变决定,道丁对英、德双方空军的战况作了统计分析。数字表明:从5月8日到18日,英国共损失战斗机250架,平均每两天就损失三个中队。如果按这个比例再损失下去,至多再有两周,将连一架飓风式战斗机也保存不下来。显然,这对战局的发展是十分不利的。丘吉尔听了道丁的分析,不仅取消了再次支援法国的计划,连原在法国作战的飞机也一起撤回。这一重大决策改变了英国空军的命运,为后来的大不列颠空战,埋下了胜利的伏笔。道丁用并不复杂的统计预测、概率分析说服了丘吉尔,避免了英国空军史上一次重大的决策失误。

“例3”生于印度乡村的青年数学家拉玛努贾大学没有毕业,一些高深的数学知识他并未掌握。可是,他很善于调整自己的知识结构,依靠自己独特的思考方法,综合运用多种计算方式,在无穷级数、椭圆积分等世界尖端课题的研究上取得了很高的成就。

“例4”由国防科技大学计算机研究所研制成功的“银河—Ⅲ”百亿次巨型计算机于1997年6月19日通过国家技术鉴定。这台巨型计算机整体性能优异,系统软件高效,网络计算能力强大,运算速度为每秒130亿次,是1992年研制成功的“银河—Ⅱ”巨型计算机的10倍以上,而体积仅为“银河—Ⅱ”的六分之一。其综合处理能力100倍于1983年诞生的“银河—Ⅰ”亿次巨型计算机。

“例5”美国研制的“斯拉姆”空对地导弹将导弹技术、卫星通讯技术及红外线摄影技术等融为一体。发射前,技术人员可将攻击目标编成软件,输入导弹内的计算机内;发射后,导弹由雷达测高器控制,低空飞行接近目标,这期间,导弹可利用部署在战区上空的卫星提供数据,不断进行必要的调整。当导弹接近目标后,红外线摄影机就自动开始工作,飞行员可从屏幕上看到攻击目标的图像,以进行进一步调整和校正,直至击中目标。由于飞机可在距攻击目标80千米处发射导弹,因此对方火力对飞机威胁不大。1991年1月21日美国空军首次对伊拉克使用了这种导弹。

(四)操作程序

(五)概述

数学,是研究现实世界的空间形式和数量关系的科学。早在人类文化的初期,在生产和生活实践中,人们就有了数的概念,积累了一些数学知识。到了16世纪,包括算术、初等代数、初等几何和三角的初等数学已大体上完备。17世纪,由于生产力的发展推动了自然科学和技术的发展,人们获得了变量的概念,从此数学开始研究变化中的量与量之间的互相制约关系和图形间的相互变换。随着生产力的进一步发展,数学的研究范围不断扩大,内容日益丰富,广泛应用到自然科学和技术的各个部门。现代数学已形成数理逻辑、数论、代数学、几何学、拓扑学、函数论、泛函分析、微分方程、概率论和数理统计、计算数学、模糊数学等分支。数学已成为人类认识世界、改造世界的重要工具。

计量思维法正是运用数学计算、数理统计、数学模型、电子计算机等来计算、预测、验证创造过程中的不可知事物,确保创造的科学性和准确性。例如,如果设计一座桥梁,就必须根据跨度、高度、宽度、承载量等数据,对设计的桥身及支承桥身的桥墩和桥台等进行承载力计算,才能确保桥梁的稳固;在军事作战中,我们必须对敌我双方的兵力、武器、弹药、油料、后勤补给量等进行计算,并作周密的部署,才能确保作战的胜利;我们编制专门的数学模型,计算国民经济各部门的运行情况,从而预测经济周期的变化情况,为经济决策提供依据。

在使用计量思维时,第一步要围绕本课题收集计量所需要的各种数据。

第二步要列出计量公式,建立数学模型,编制电脑软件,进行计量。

第三步要对计量结果进行分析、论证,得出结论,修改方案,采取措施。

在使用计量思维法过程中,要选准与本课题有关的计量所需要的数据、要素、公式、数学模型、微机软件、数学方法等等,基础数据一定要准确,这样才能保证计量结果的准确,为经济决策、战役部署、工程设计等提供科学的依据。

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