计算机科学中数学思想方法的运用

　　摘    要：　在当前信息时代的背景下, 人们在实际生活中已经无法离开计算机科学, 而计算机科学本身和数学之间又有着紧密的联系。可以说, 现代计算机科学就是在数学问题的求解下不断产生的, 随着自然科学的不断发展, 对于很多理论方面的研究, 也都需要进行大量的数学计算, 由于人力计算逐渐无法满足科学研究过程中的大量计算, 所以计算机就开始逐渐进入了现代视野。那么本文就对数学思想及其在计算机科学中的应用进行分析和探究。

　　关键词：　数学思想; 计算机科学; 应用研究;

　　现代计算机科学就是在数学理论基础上, 所逐步建立和发展起来的, 回顾计算机的发展历史, 可以发现数学思想在当中起到了十分重要的作用, 那反过来, 计算机科学的发展, 也同样影响着现代数学的发展。直至今日, 计算机技术的发展, 已经给整个世界带来了革命性创新和变化, 那么深入了解数学思想, 在计算机科学中的应用, 就可以加强人们对于计算机科学的系统认识, 从而有效利用计算机科学解决众多的问题。

　　一、数学思想和计算机科学的关系

　　数学思想是计算机科学发展的基础, 计算机技术的出现和发展, 最初主要就是为了数学问题求解, 由于自然科学在理论方面, 需要进行大量的数据计算, 但人力计算不仅效率低、准确性不高, 还无法满足计算的要求, 因此计算机就逐渐诞生[1]。所以就可以认为, 计算机技术实际上就是在数学理论的基础上所形成的, 数学思想在计算机科学中发挥着十分重要的作用, 为计算机科学提供有效的思维工具。同时计算机科学也影响着数学的发展, 以图灵为主的科学家, 作为计算机技术的创造者, 所以不论计算机理论和技术怎样发展, 实际上都是以数学思想为核心的, 其有着指导的作用。另外计算机科学的快速发展, 也为解决数学问题提供了新的途径, 有效推进了数学的发展。

　　二、数学思想在计算机科学中的应用

　　(一) 离散数学与计算机原理

　　在整个计算机系统中, 都是运用二进制的方式来表示相关的数据, 因此当中所有的信息数据都会转化为0与1的组合。这最初就是由于电子器件, 在功能上的局限性影响的, 数字式的电子计算机, 都是应用电信号来表示信息的, 并用电平输出的高低与脉冲的有无, 以此来表达是与否的关系。所以只有采用二进制, 才能够更好的表示相关的信息, 表示其从诞生之日起, 计算机就与以微积分为代表的连续性数学相互分离了, 可以说, 离散数学就是计算机科学的基石。此外构成了计算机系统的硬件和软件, 也属于一个离散结构, 在逻辑功能上是等效的, 计算机科学中的基本结构也大多都是离散型的, 计算机就是离散的机器[2]。离散数学作为现代数学中的重要分支, 也是计算机科学的理论基础, 总的来说, 离散数学作为一门综合学科, 因此其被广泛的应用在各个现代科学领域中。

　　(二) 关系理论与计算机数据存贮

　　大数据概念作为一项新兴的技术概念, 而大数据建立的基础, 就是在日渐发展的计算机数据和存储和管理技术上。从开始的计算机对文件的管理系统, 一直到数据库系统的出现, 就是一个数据管理技术的跨越式发展, 通过建立数据库, 系统能够实现数据的结构化、共享等功能。当前大多数计算机数据库, 都是运用关系数据库的组织存贮方式, 在一个系统中建立多个数据元素, 这就要寻找一个最优的方式, 来进行存储和管理[3]。那么在这当中就牵涉到数据库的设计, 对于现代数据处理的基础, 也就是数学中的关系理论, 目前常用的有实体联系法和关系规范化方式这两种。实体联系法就是通过结合实体联系模型, 来描述现实的数据, 并建立一个简单的图形, 将其转化为与数据库管理对应的数据模型。关系规范化方式, 就是应用在关系模型设计和数据库结构设计当中的, 直接通过关系规范法来解决关系模型当中存在的插入数据冗余等众多问题。

　　(三) 数学模型作用及其在计算机中的应用

　　数据模型就是通过建立一个符号系统, 将事物系统特征和数量关系之间的描述, 用数学的形式来进行表现, 现代科学发展的一个重要趋势, 就是科学正在被逐渐数学化。所以目前可以直接运用计算机软件来进行处理的问题, 已经包含了众多非数值计算的问题解决了, 其不再仅限于在数学的计算方面[4]。而直接通过软件编程来解决实际问题时, 还需要将该问题数学化, 也就是建立一个相应的数学模型, 人们通过数学学习中经常讨论的数值问题的数学与模型, 就是数学方程。但对于非数值的计算时, 数学模型的建立, 往往还要表、图等内容, 来配合数学方程式的应用, 从而建立一个完整的结构和描述, 这样才能够实现计算机解决实际问题。那么, 这也表示了数学模型的建立, 才是计算机应用的基础和前提条件。

　　(四) 人工智能与模糊数学

　　随着当前计算机技术的快速发展, 怎样利用计算机来模拟人的大脑来进行计算, 从而有效解决生物等其他各种复杂的社会系统, 就成为未来计算机发展一个重要方向[5]。因此人工智能的概念也开始诞生, 可以说, 这是一项极具挑战性的科学, 但仅仅依靠二进制理论基础的现代计算机, 是无法有效模拟人脑的各种思维活动的, 这也是目前人工智能发展的主要障碍。因为人们在实际生活中, 经常会遇到很多数量界限不是很分明的事物, 其是无法用精确的数字来表现的, 和计算机相比, 人就具有模糊信息的处理能力。而美国有专家, 就将数学理论就将自然语言有效算法化, 且实现了程序编写的可操作性, 真正让计算机有了模仿人的思维方式的方法, 实现了解决复杂问题的目的。

　　三、结语

　　总而言之, 在当前信息时代背景下, 计算机科学正在快速发展, 这也导致以微积分为基础的连续数学的主导地位产生了明显的变化, 可以说, 离散数学在不断成为科学领域新突破的部分, 其重要性也更加显现出来。

　　参考文献：

　　[1]王舒畅.数学思想及其在计算机科学中的应用研究[J].经贸实践, 2018 (2) :328.
　　[2]龚宇辉.数学思想及其在计算机科学中的应用[J].数码世界, 2017 (10) :292.
　　[3]周良喆.数学思想及其在计算机科学中的应用[J].智库时代, 2017 (9) :213.
　　[4]苏锦钿.计算机科学中的范畴数据类型的研究综述[J].计算机科学, 2016, 43 (10) :9-18.
　　[5]龚静, 王青川.数理逻辑在计算机科学中的应用浅析[J].青海科技, 2004, 11 (6) :53-55.