Monday, June 7, 2010

一个工科博士生对所受的大学数学教育的反思

一个工科博士生对所受的大学数学教育的反思

高等几何(仿射,射影几何等) 对于 计算机图形学,计算机视觉等研究是非常重要的
基础知识。

我是国内工科毕业,现在美国读计算机视觉的博士。以前觉得自己的数学很好,其实只
是会考试,会计算,会一些小技巧而已。并不真懂数学。

真正使我在数学方面有了一些真切理解的,是我在深入的思考了线性代数和高等几何之
后的事情了。

其实微积分是比较简单的,而且学习的思路可以沿袭中国中学数学的学习思路。但是线
性代数(以及泛函分析)和高等几何其中蕴涵的方法,思路跟我们传统的数学内容有较
大的区别了。如果仅仅满足于会做微积分,会解题,那并不困难,但是要真正理解数学
,可能需要对线性代数和高等几何下一番功夫了。

我这里仅仅是就一个一般工程师所需要的数学素养而言的,对于特定的研究,可能还需
要有一些专门的数学知识。对于数学专业的,我觉得你有足够的时间去思考,揣摩数学
到底本质是什么了。

1

线性代数,国内的教学,以前一上来就是行列式,有很多复杂的行列式计算题目,其实
这根本不反映线性代数的根本的思想。我觉得线性代数从应用方面,应该强调解方程组
,包括矛盾方程组(最小二乘法);在实际中最有用的是一般的矩阵(m!=n),而不
是方阵。就数学思想方面来说,向量空间,线性空间的概念是现代数学的核心基础观念
,其重要性超过微积分。

对工程实践中大量存在的线性问题,线性代数,数值线性代数,是最重要的工具。数值
线性代数的重要性超过数值分析。

2

高等几何,主要是向大家揭示了多种不同公理体系并行存在的可能性。非欧几何对一个
人对数学的理解是非常必要的冲击。光知道欧氏几何,不知道射影几何,非欧几何,对
公理化数学的理解必然保留在一个低的水平上。希尔波特的 几何公理 一书 本身没有用 到多少高深的概念,但是其反映的是现代公理化思想。

射影几何本身在数学研究内,已经死掉了,正如,现在的数学家不会成天研究平面欧式
几何的难题一样,尽管有些初中生就能看懂的平面几何题目可能难倒不少数学家。但是
射影几何在应用上,尤其是计算机图形学上,是个基础。

基于上面的分析,我觉得一个真正希望打好数学基础的人,应该相当注意代数,几何的
继续学习,不要停留在满足于知道一个名词,会算,要真正去思考,领会这些东西的实
质。

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关于数学历史学习的一些建议

学习数学,不了解历史,很容易自卑。看着教科书上的严谨和美轮美奂,一个人很容易
怀疑自己的智力。但是当你了解了历史上数学发展过程的种种曲折之后,你就知道,其
实这些都是经过整理,包装后的结果。

历史上一些革命性的观念,多是朴素的。最初的发现者,未必就清楚的明了其发现的价
值。

而很多有价值的观念,来自于科学,工程的实践。

了解一个观念,一个理论产生,发展,修缮的历史,对于真正的理解他,对于一个人真
正进入"角色",有极其重要的意义。

如果光是看教科书,而不看数学历史的话,就如同历史研究者光看正史,不看野史一样
,掌握的东西很可能是不完整,不全面的。

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中国高等数学教育缺陷刍议

我简单的罗列一下我的看法,具体内容尚待日后补充。

1 重计算,轻思想

2 重微积分,轻代数,几何

3 重理论严谨,轻实际应用

4 与计算机时代的要求不相衔接

5 重抽象,轻直观

按照中国高等工程数学的教学标准,笔者算一个相当好的学生,但是真正回想起来,中
国高等工程教育给我的,只是会解一些题目,掌握一些手算技巧罢了。对于真正的数学
思想,领会的不多,更不用说得心应手的予以运用了。

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我个人业余读了以下的几本书(续上篇)

我个人业余读了以下的几本书,也提出来跟大家共享一下,

1 项武义 在香港科技大学的基础数学讲义(网上可以下载电子版), 高屋建瓴, 深入
浅出。 项以前是伯克利的数学教授 早在1980年代,项就在北大讲微积分课程,并出了
书,微积分大意

2 龚升 的 微积分五讲 台湾数学传播杂志上看的,国内据说出书了,但是还没看到 据
说同时还有一本从 module的角度讲线性代数的,也没看。龚是以院士水平讲大学基础课


3 MIT Strang G 教授的 线性代数,应用数学系列讲座, 请google "MIT 18.06" "MIT
18.085" "MIT 18.086" 有录像 我觉得Strang G 先生最大的成功就是把线性代数中最
重要的思想给突出出来了。他有一本书 linear algebra and its applications 他有一
项本事,在课上从来没有严谨的证明,但是把理论,定理都渗透在很简单的例子里面了
。他的课程跟中国国内老师的中规中矩的教学形成了鲜明的对比(指的是工科教学)。


他讲的应用数学以矩阵,线性代数为基本语言,符合现代计算数学的潮流,我觉得很值
得参考。他的应用数学书籍 一本是1986年出的,一本是2007年新出的,现在网上有三章
免费下载,这里不具体写了(有心人找的到)

例子,

以前华中理工大学 于寅 教授出过一本 现代数学基础,据说是华工博士生教材。这本书
可以当作国内工科数学教学的代表。里面除了把数学系的基本书抄录,拼凑一下以外,
基本没有考虑到工科学生的特点,当然可能作者本身也没有这个功力和阅历能写好一本
真正结合工程实际的好数学书了。

4 国内齐民友教授 出了一本 重温微积分, 这本书,我觉得对提高数学专业的人的分析
素养,很有裨益,但是对工科数学关心的人,不必太花时间了。因为个人认为分析不是
工科数学的重点。而国内在分析数学上的训练,足够你去进一步深入学习其他的东西了

顺带说一句,据齐先生的说法,重温微积分,是依照苏联 辛钦的 数学分析八讲 来写的
。他很多年前翻译的那本小黄书笔者是见过的,但是没有仔细研究。

我始终觉得数学的美,更多的反映在代数和几何上,分析的东西,没有太多的美在里面

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