高等幾何(仿射,射影幾何等) 對于 計算機(jī)圖形學(xué),計算機(jī)視覺等研究是非常重要的基礎(chǔ)知識。
我是國內(nèi)工科畢業(yè),現(xiàn)在美國讀計算機(jī)視覺的博士。以前覺得自己的數(shù)學(xué)很好,其實只是會考試,會計算,會一些小技巧而已。并不真懂?dāng)?shù)學(xué)。
真正使我在數(shù)學(xué)方面有了一些真切理解的,是我在深入的思考了線性代數(shù)和高等幾何之后的事情了。
其實微積分是比較簡單的,而且學(xué)習(xí)的思路可以沿襲中國中學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)思路。但是線性代數(shù)(以及泛函分析)和高等幾何其中蘊涵的方法,思路跟我們傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)內(nèi)容有較大的區(qū)別了。如果僅僅滿足于會做微積分,會解題,那并不困難,但是要真正理解數(shù)學(xué),可能需要對線性代數(shù)和高等幾何下一番功夫了。
我這里僅僅是就一個一般工程師所需要的數(shù)學(xué)素養(yǎng)而言的,對于特定的研究,可能還需要有一些專門的數(shù)學(xué)知識。對于數(shù)學(xué)專業(yè)的,我覺得你有足夠的時間去思考,揣摩數(shù)學(xué)到底本質(zhì)是什么了。
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線性代數(shù),國內(nèi)的教學(xué),以前一上來就是行列式,有很多復(fù)雜的行列式計算題目,其實這根本不反映線性代數(shù)的根本的思想。我覺得線性代數(shù)從應(yīng)用方面,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)解方程組,包括矛盾方程組(最小二乘法);在實際中最有用的是一般的矩陣(m?。絥),而不是方陣。就數(shù)學(xué)思想方面來說,向量空間,線性空間的概念是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的核心基礎(chǔ)觀念,其重要性超過微積分。
對工程實踐中大量存在的線性問題,線性代數(shù),數(shù)值線性代數(shù),是最重要的工具。數(shù)值線性代數(shù)的重要性超過數(shù)值分析。
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高等幾何,主要是向大家揭示了多種不同公理體系并行存在的可能性。非歐幾何對一個人對數(shù)學(xué)的理解是非常必要的沖擊。光知道歐氏幾何,不知道射影幾何,非歐幾何,對公理化數(shù)學(xué)的理解必然保留在一個低的水平上。希爾波特的 幾何公理 一書 本身沒有用到多少高深的概念,但是其反映的是現(xiàn)代公理化思想。
射影幾何本身在數(shù)學(xué)研究內(nèi),已經(jīng)死掉了,正如,現(xiàn)在的數(shù)學(xué)家不會成天研究平面歐式幾何的難題一樣,盡管有些初中生就能看懂的平面幾何題目可能難倒不少數(shù)學(xué)家。但是射影幾何在應(yīng)用上,尤其是計算機(jī)圖形學(xué)上,是個基礎(chǔ)。
基于上面的分析,我覺得一個真正希望打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的人,應(yīng)該相當(dāng)注意代數(shù),幾何的繼續(xù)學(xué)習(xí),不要停留在滿足于知道一個名詞,會算,要真正去思考,領(lǐng)會這些東西的實質(zhì)。
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關(guān)于數(shù)學(xué)歷史學(xué)習(xí)的一些建議
學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),不了解歷史,很容易自卑??粗炭茣系膰?yán)謹(jǐn)和美輪美奐,一個人很容易懷疑自己的智力。但是當(dāng)你了解了歷史上數(shù)學(xué)發(fā)展過程的種種曲折之后,你就知道,其實這些都是經(jīng)過整理,包裝后的結(jié)果。
歷史上一些革命性的觀念,多是樸素的。最初的發(fā)現(xiàn)者,未必就清楚的明了其發(fā)現(xiàn)的價值。
而很多有價值的觀念,來自于科學(xué),工程的實踐。
了解一個觀念,一個理論產(chǎn)生,發(fā)展,修繕的歷史,對于真正的理解他,對于一個人真正進(jìn)入“角色”,有極其重要的意義。
如果光是看教科書,而不看數(shù)學(xué)歷史的話,就如同歷史研究者光看正史,不看野史一樣,掌握的東西很可能是不完整,不全面的。
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中國高等數(shù)學(xué)教育缺陷芻議
我簡單的羅列一下我的看法,具體內(nèi)容尚待日后補充。
1 重計算,輕思想
2 重微積分,輕代數(shù),幾何
3 重理論嚴(yán)謹(jǐn),輕實際應(yīng)用
4 與計算機(jī)時代的要求不相銜接
5 重抽象,輕直觀
按照中國高等工程數(shù)學(xué)的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn),筆者算一個相當(dāng)好的學(xué)生,但是真正回想起來,中國高等工程教育給我的,只是會解一些題目,掌握一些手算技巧罷了。對于真正的數(shù)學(xué)思想,領(lǐng)會的不多,更不用說得心應(yīng)手的予以運用了。
我個人業(yè)余讀了以下的幾本書,也提出來跟大家共享一下,
1 項武義 在香港科技大學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)講義(網(wǎng)上可以下載電子版), 高屋建瓴, 深入淺出。 項以前是伯克利的數(shù)學(xué)教授 早在1980年代,項就在北大講微積分課程,并出了書,微積分大意
2 龔升 的 微積分五講 臺灣數(shù)學(xué)傳播雜志上看的,國內(nèi)據(jù)說出書了,但是還沒看到 據(jù)說同時還有一本從 module的角度講線性代數(shù)的,也沒看。龔是以院士水平講大學(xué)基礎(chǔ)課
3 MIT Strang G 教授的 線性代數(shù),應(yīng)用數(shù)學(xué)系列講座, 請google "MIT 18.06" "MIT 18.085" "MIT 18.086" 有錄像 我覺得Strang G 先生最大的成功就是把線性代數(shù)中最重要的思想給突出出來了。他有一本書 linear algebra and its applications 他有一項本事,在課上從來沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖C明,但是把理論,定理都滲透在很簡單的例子里面了。他的課程跟中國國內(nèi)老師的中規(guī)中矩的教學(xué)形成了鮮明的對比(指的是工科教學(xué))。
他講的應(yīng)用數(shù)學(xué)以矩陣,線性代數(shù)為基本語言,符合現(xiàn)代計算數(shù)學(xué)的潮流,我覺得很值得參考。他的應(yīng)用數(shù)學(xué)書籍 一本是1986年出的,一本是2007年新出的,現(xiàn)在網(wǎng)上有三章免費下載,這里不具體寫了(有心人找的到)
例子,
以前華中理工大學(xué) 于寅 教授出過一本 現(xiàn)代數(shù)學(xué)基礎(chǔ) ,據(jù)說是華工博士生教材。這本書可以當(dāng)作國內(nèi)工科數(shù)學(xué)教學(xué)的代表。里面除了把數(shù)學(xué)系的基本書抄錄,拼湊一下以外,基本沒有考慮到工科學(xué)生的特點,當(dāng)然可能作者本身也沒有這個功力和閱歷能寫好一本真正結(jié)合工程實際的好數(shù)學(xué)書了。
4 國內(nèi)齊民友教授 出了一本 重溫微積分, 這本書,我覺得對提高數(shù)學(xué)專業(yè)的人的分析素養(yǎng),很有裨益,但是對工科數(shù)學(xué)關(guān)心的人,不必太花時間了。因為個人認(rèn)為分析不是工科數(shù)學(xué)的重點。而國內(nèi)在分析數(shù)學(xué)上的訓(xùn)練,足夠你去進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)其他的東西了。
順帶說一句,據(jù)齊先生的說法,重溫微積分,是依照蘇聯(lián) 辛欽的 數(shù)學(xué)分析八講 來寫的。他很多年前翻譯的那本小黃書筆者是見過的,但是沒有仔細(xì)研究。
我始終覺得數(shù)學(xué)的美,更多的反映在代數(shù)和幾何上,分析的東西,沒有太多的美在里面。