什么是模型 史宁中
数学模型与通常所说的数学应用是有所区别的。数学应用涉及的范围相当宽泛,可以泛指应用数学解决实际问题的所有事情。虽然数学模型也属于数学应用的范畴,但更侧重于用数学的概念、原理和思维方法描述现实世界中的那些规律性的东西。对象模型是什么
数学模型是指用数学的语言描述现实世界所依赖的思想。数学模型使数学走出数学的世界,是构建数学与现实世界的桥梁。通俗地说,数学模型是借用数学的语言讲述现实世界的故事。
数学模型的出发点不仅是数学,还包括现实世界中的那些将要讲述的东西。就像建筑桥梁一样,在建筑之前必须清楚要把桥梁建筑在哪里。并且,研究手法也不是单向的,需要从数学和现实这两个出发点开始,规划研究路径、构建描述用语、验证研究结果、解释结果含义,从而得到与现实世界相容的、可以描述现实世界的结论。
在现实世界中,放之四海而皆准的东西是不存在的,数学模型必然有其适用范围,这个适用范围通常表现于模型的假设前提、模型的初始值、模型参数的某些限制。
在这个意义上,所有的数学表达,比如函数、方程、公式等,本身都不是数学模型,而是描述
现实世界的数学语言。
因为数学模型具有数学和现实这两个出发点,数学模型就不完全属于数学。大多数应用性很强的数学模型的命名,都依赖于所描述的学科背景。比如,在生物学中:种增长模型,基因复制模型等;在医药学中:专家诊断模型,疾病靶向模型等;在气象学中:大气环流模型,中长期预报模型等;在地质学中:板块构造模型,地下水模型等;在经济学中:股票衍生模型,组合投资模型等;在管理学中:投入产出模型,人力资源模型等;在社会学中:人口发展模型,信息传播模型等。在物理学和化学中,各类数学模型更是百花齐放。
数学模型的价值取向往往不是数学本身,而是对描述学科所起的作用。比如,那些获得诺贝尔经济学奖的数学模型,人们关注的并不是模型的数学价值,而是实际应用价值。但是,数学家们在构建数学模型和实际应用的过程中,必然会从数学的角度汲取“创造数学”的灵感,促进数学自身的发展,就像冯·诺伊曼所说过的那样。数学的基本思想,即抽象、推理、模型,为数学由现实到数学、数学内部发展、由数学到现实提供了思维功能,理性地把握这些功能对数学的教学是有益处的。
虽然现代数学的特征是符号化、形式化和公理化,但其本质是为了更好地描述数学的成果。
正如阿蒂亚所说:严格数学论证的作用在于使得本来是主观的、极度依赖个人直觉的事物,变得具有客观性并能够加以传递。因此,为了更好地让学生理解数学,为了让学生建立数学的直观,在数学的教学过程中还需要反其道而行之:针对对象的符号化要讲物理背景,针对证明的形式化要讲直观,针对逻辑的公理化要讲归纳。
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