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但是,根据仙农创立的信息论,电视画面实际所包含的信息量并没有那么多:因为同一幅画面上的色彩和亮度大部分是呈均匀分布和有规则的,而两幅连续画面之间的差别也很小。于是,可以采用数学方法,把庞大的数字电视信号大大压缩,一般能压缩到只有原来的几十分之一,使之能在通信线路上方便地传输。
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数字电视之所以能够打破模拟电视的垄断而成为当今电视的主流,其关键就在于有了基于各种数学原理的数据压缩技术。
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我们再来谈数字地球。1998年,当时的美国副总统戈尔提出了“数字地球”的概念。1998年6月1日,江泽民总书记在谈到科技发展趋势时,提到了“数字地球”对中国的挑战,随之而来的研究课题便是“数字中国”。
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什么是“数字地球”?就是把与地球有关的各种信息加以数字化,输入计算机,从而可以更方便地分析和认识我们居住的星球。确切一些说,数字地球是对真实地球及其相关现象进行统一的数字化重现和认识,其核心思想是用数字化的手段来整体地描述和处理与地球有关的自然现象问题。
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目前,“数字地球”工程正在世界各地进行。“数字澳大利亚”在2000年已经基本完成。美国的比尔·盖茨宣布,微软和宝马汽车公司联合开发汽车的导航系统,把汽车卫星导航和移动办公室结合在一起,在汽车上可以直接上因特网。这当然需要“数字地球”的支持。“数字地球”中有一条是1米分辨率。这样,房子、汽车都可以看清楚,无人驾驶汽车的梦想就不远了(现在卫星传送下来并达到商业化应用的图像是10米分辨率)。
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数字地球把地球装进了计算机,但是要用它解决问题,还需要做一系列的工作。数字化—建立数学模型—系统仿真—虚拟现实,这条工作链中,建立数学模型是一个关键。否则,一大堆原始数据放在那里,不能利用数据,岂不白搭?所以,数据要加以整理。一个人通常记不住7条数据,但能却能记住一张脸,认出一个人,理解一个星系。所以“数字地球”和“数字中国”的实现,必然要用大量的数学。
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让我们重复一句:“数字化”来了,数学还会远吗?
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数学文化教程 第四节 数学英雄:从陈景润到王选
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20世纪70年代末期,徐迟的报告文学《哥德巴赫猜想》风靡全国,陈景润(1933—1996,图1.4.1)的名字一夜之间传遍大江南北,成为中国科学复兴的英雄。
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“哥德巴赫猜想”由德国数学家哥德巴赫(C.Goldbach,1690—1764)在1742年提出,他问:“任意一个大于2的偶数是否都可写成两个素数之和?”这是一个著名的数学猜想,几百年来,许多最杰出的数学家为证明它而花费了大量的精力,但进展甚缓。
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◀ 图1.4.1 陈景润
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陈景润在1973年发表的论文中,证明了“一个充分大的偶数总可以表为一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和”。这一结果是数学家攻克“哥德巴赫猜想”艰苦战斗中的一个重要突破,至今仍在世界上领先。
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陈景润所从事的是“堆垒数论”研究,属于纯粹数学。其成就主要反映人类的智力活动,体现在对数学精神的追求,成为不畏艰险攀登科学高峰的榜样。由于它是客观数量规律的反映,说不定哪一天会在实际工作中获得重要的应用(就目前来说,有关哥德巴赫猜想的研究工作还没有发现有实用价值)。因此,我们不应该也不可能用实用价值来衡量陈景润的贡献。
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然而,由于徐迟《哥德巴赫猜想》的影响十分广泛和深远,以致许多人以为所有数学都是“哥德巴赫猜想”式的“纯粹数学”,数学的价值都只在理论层面,数学离开实际应用都十分遥远。这种错觉在很大程度上左右了我们的数学观。
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进入90年代,中国的数学成就很多。除了在纯粹数学方面继续取得进展以外,在应用数学上也出现了重大突破。其中一个突出的代表是以王选为总裁的方正集团开发了“汉字激光照排系统印刷技术”。
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王选(1937—2006,图1.4.2),江苏无锡人。曾就读于上海南洋模范中学,1962年毕业于北京大学数学力学系。他所领导的这项告别“铅与火”的印刷术革命,其原理基于一项数学技术——“数据压缩”。
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汉字字形信息量太大,数字化的困难是西方文字照排无法相比的。王选说“由于我是数学系毕业,所以很容易想到信息压缩,即用轮廓描述和参数描述相结合的方法描述字形,并于1976年设计出一套把汉字轮廓快速复原成点阵的算法。”
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到了20世纪80年代,轮廓描述西方文字的做法在国外大为流行,当时已发展为三次曲线轮廓。由于王选的研究起步早,很快吸收了国外的一些经验,发明了高分辨率字形的高倍率信息压缩和复原技术,用于印刷照排系统。以后又设计专用的超大规模集成电路实行复原算法,显著提高了性能价格比。这一技术已经领先于国际先进水平。他所领导研制的华光和方正系统开始在全国的报社和出版社使用。印刷业告别“铅与火”的历史,就此开始。
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1985年,方正系统列入全国十大科技发明成果;1986年,获日内瓦科技发明奖;1987年,获国家科技一等奖。1992年1月21日,《澳门日报》的彩色版用方正激光照排系统排版印刷,轰动海内外。台湾的印刷业同行在报纸上以“眼见为实”加以报导,原来用电子分色机三四个小时的工作,现在只要20分钟,乃至9分钟就可以完成。这样的技术是一种“挡不住的诱惑”。现在,方正集团及其伙伴的产品占有国内排版系统市场份额的99%,国外华文市场的70%以上。计算机技术是西方发达国家领先的领域,中国科学家要在某一方向上占据一个领先地位,非常不容易。王选的成功,具有很不平常的意义。其中,数学技术是关键的因素之一。
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▶ 图1.4.2 王选
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