科壇無冕之王

前言

　　當今世界，社會高速發(fā)展，生活瞬息萬變。人們正在從各種途徑汲取營 養(yǎng)，豐富自己，以求得多元的知識結構。世界科學技術突飛猛進，一個國家 、一個民族在科學技術上不斷進取。就可能實現(xiàn)社會經(jīng)濟跨越式發(fā)展。國人 ，尤其是背負著時代賦予重大責任的青年人，已清醒地意識到，科學技術知 識蘊含著恰能開發(fā)他們擔負起這種責任的巨大潛能，基礎科學和高新技術知 識便成為他們涉獵的熱點。 正是為了滿足人們對基礎科學和高新技術的這種急切需要。十多年前湖 北省科普作家協(xié)會即組織數(shù)十位專家、教授。撰寫了一套《基礎科學與高新 技術科普叢書》，并獲得了湖北省科普創(chuàng)作一等獎；在其影響下，有的在管 理崗位上健康發(fā)展，有的則成為科研之棟梁。隨著時間的推移和科學技術的 高速發(fā)展，廣大讀者迫切期望看到一套更及時更全面介紹新科學、新技術、 新知識的叢書。深入實施《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要》的需要及使命感， 特別是在讀者的感召下，我們重新修訂、出版了這套《基礎科學與高新技術 科普叢書》（修訂版）。 《叢書》（修訂版）力圖從科學發(fā)展觀的高度把握當代科學的最新成就 和特點，通過精選、咀嚼、消化了的高新科技知識，使讀者在了解新知識的 同時，認識世界科技發(fā)展的趨勢，激發(fā)全民的科技熱情，以及對祖國、對民 族的熱愛和使命感。還特別注重于科學精神、科學思想和科學方法的介紹， 企望以此引導人們改變傳統(tǒng)的、陳舊的思想觀念，確立新的科學理念，運用 科學方法，啟迪科學思維，激發(fā)創(chuàng)新活力。 全書文字表述力求通俗易懂、生動活潑，插圖力求準確逼真，這一切都 基本保持來了原書科學性、通俗性、趣味性的傳統(tǒng)風格。 《叢書》（修訂版）即將付梓印刷，我們倍感欣慰。與此同時，我們對 在《叢書》策劃、編寫、修訂、出版過程中，給予關心和支持的湖北省科學 技術協(xié)會、湖北省財政廳和湖北省科普作家協(xié)會的領導深表敬意；對應邀擔 任《叢書》（修訂版）編輯委員會顧問和委員的各位領導、專家表示深深的 謝意；對付出辛苦勞動和智慧的各位作者表示衷心的感謝；對承擔該書編輯 、出版工作的出版社領導和編、印、發(fā)人員致以真切的慰問。 《基礎科學與高新技術科普叢書》（修訂版）編輯委員會 2011年12月18日

內(nèi)容概要

　　《科壇無冕之王：數(shù)學與高新技術（修訂版）》力圖從 科學發(fā)展觀的高度把握當代數(shù)學的最新成就和特點，通過精選、咀嚼、消化 了的高新科技知識，使讀者在了解新知識的同時，認識世界數(shù)學科技發(fā)展的 趨勢，激發(fā)全民的科技熱情，以及對祖國、對民族的熱愛和使命感。還特別 注重于科學精神、科學思想和科學方法的介紹，企望以此引導人們改變傳統(tǒng) 的、陳舊的思想觀念，確立新的科學理念，運用科學方法，啟迪科學思維， 激發(fā)創(chuàng)新活力。 《科壇無冕之王：數(shù)學與高新技術（修訂版）》文字表述力求通俗易 懂、生動活潑，插圖力求準確逼真，這一切都基本保持來了原書科學性、通 俗性、趣味性的傳統(tǒng)風格。

書籍目錄

一、高技術本質(zhì)上是數(shù)學技術以數(shù)學為基礎的若干高技術二、若干數(shù)學技術1.計算技術2.運籌學3.模糊技術4.編碼技術5.小波技術6.統(tǒng)計技術7.均勻設計技術8.最優(yōu)技術9.對策技術10.網(wǎng)絡技術11.數(shù)學模型技術12.濾波技術13.控制技術14.混沌技術15.概率技術16.分形技術17.機械化方法18.線性規(guī)劃19.其他數(shù)學技術三、綜合運用數(shù)學技術的若干領域1.制造業(yè)中的數(shù)學技術2.石油業(yè)中的數(shù)學技術3.人工智能中的數(shù)學技術4.戰(zhàn)爭中的數(shù)學技術5.自動化中的數(shù)學技術6.生命科學中的數(shù)學技術7.系統(tǒng)模擬中的數(shù)學技術8.保險業(yè)中的數(shù)學技術9.經(jīng)濟系統(tǒng)中的數(shù)學技術10.醫(yī)學中的數(shù)學技術11.生物高技術與數(shù)學技術12.天氣預報中的數(shù)學技術13.農(nóng)業(yè)中的數(shù)學技術14.汽車制造業(yè)中的數(shù)學技術

章節(jié)摘錄

　?。?）數(shù)據(jù)庫技術 該技術的發(fā)展與計算機硬件、軟件的發(fā)展緊密相關。大致經(jīng) 歷了三個階段。 工管理階段。20世紀50年代中期之前，計算機主要用于計 算，它需要的數(shù)據(jù)不多，外存儲器也不大，只用簡單的監(jiān)控程序來 控制程序的運行。由于數(shù)據(jù)不長期保存在計算機中，程序中用到 的數(shù)據(jù)由程序員在應用程序中自行管理。程序員除了編制程序 外，還要考慮數(shù)據(jù)的邏輯定義和物理組織，以及數(shù)據(jù)在計算機中、 的物理存儲方式，程序和數(shù)據(jù)混為一體。在需要引用數(shù)據(jù)時，直 接按照地址存取。 文件系統(tǒng)管理階段。在20世紀50年代后期到60年代中 期，計算機外存中增加了磁盤、磁鼓以后，軟件方面增加了操作系 統(tǒng)，其中的文件系統(tǒng)是專門管理數(shù)據(jù)庫的軟件。文件中的數(shù)據(jù)以 “記錄”的形式存放，記錄由某些相關的數(shù)據(jù)項所組成。每個用 戶可以建立、修改和使用一個或多個文件。數(shù)據(jù)被組織成文件以 后就可以脫離處理它的程序面積而存在。用戶在程序設計中只 需考慮數(shù)據(jù)的邏輯結構和物理特性，按規(guī)定的方式建立文件， 按規(guī)定的方式使用文件，而不需考慮數(shù)據(jù)在物理存儲介質(zhì)上的 位置。 數(shù)據(jù)庫管理階段。20世紀60年代以后，隨著數(shù)據(jù)量急劇上 升，為克服文件系統(tǒng)的缺陷而產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫技術。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使 數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的控制下為盡可能多的應用程序服務，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 共享。伺時使應用程序與數(shù)據(jù)盡可能地相互獨立。在數(shù)據(jù)庫技 術中，還提供了對數(shù)據(jù)的安全性、完整性、保密性進行統(tǒng)一控制的 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（簡稱DBMS）。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要求硬件有足夠大 的內(nèi)存存放操作系統(tǒng)、DBMS、應用程序等；還需要足夠大的外存 存放大量的數(shù)據(jù)信息；要求軟件有支持DBMS的操作系統(tǒng)和 DBMS本身。 DBMS對數(shù)據(jù)進行管理，是構成整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行的核 心，它起著用戶的應用與整個數(shù)據(jù)庫的接口作用，它接受、分析并 解釋用戶提出的命令請求，然后轉(zhuǎn)到相應的處理程序中去操作 （檢索、存儲、更新）數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)庫描述和模型。在數(shù)據(jù)處理_中，首先要將現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)換 成信息世界，再轉(zhuǎn)換成機器世界?？陀^事物在信息世界中稱為實 體。一個學生、一本書都是實體。實體的集合稱為實體集。反映 實體之間的聯(lián)系稱為實體模型。實體具有屬性，如一個人的身份 證號碼。這類的屬性又稱為屬性的值。唯一標識實體集中屬性 的，稱為關鍵字，如一個人的身份證號碼。實體模型是一種靜態(tài) 模型。 信息世界的信息在計算機中是以數(shù)據(jù)形式存儲的。一個實 體的數(shù)據(jù)稱為一個記錄。標記實體屬性的符號稱為數(shù)據(jù)項。同 類記錄的集合是一個文件，它描述一個實體集。能唯一標識記 錄的一個或多個數(shù)據(jù)項的值稱為文件的關鍵字。把組織文件的 關鍵字稱為主關鍵字，把不能唯一標識記錄的數(shù)據(jù)項稱為輔關 鍵字。 數(shù)據(jù)項、記錄、文件都是數(shù)據(jù)的重要單位，合稱邏輯數(shù)據(jù)。當 把它們存儲在計算機的存儲介質(zhì)上時就稱為物理數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)模型是對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個抽象模擬，表明數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 中的信息如何表示和如何操作。一個數(shù)據(jù)模型由三部分組成：對 象類型集合，操作集合和完整性規(guī)則集合。其中對象類型是數(shù)據(jù) 模型最基本的部分，它將確定邏輯結構，即信息如何組織，這是我 們討論的重點。操作提供對數(shù)據(jù)庫操縱的手段（包括檢索、修 改、定義可存取的數(shù)據(jù)集，定義存取權限等）。完整性規(guī)則是對 數(shù)據(jù)的存效狀態(tài)的約束。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可劃分為三類：層次模型、網(wǎng)絡模型和關系模型。 層次模型用樹形結構表示0實體及其之間聯(lián)系的模型。它 是由若干個基本層次聯(lián)系組成的一棵樹，樹的每個結點代表一個 記錄類型。該模型的實際存儲數(shù)據(jù)由鏈按指針來體現(xiàn)聯(lián)系。層 次模型有兩點限制：一是有且僅有一個結點無交結點，此結點即 為樹的根；二是其他結點有且僅有一個交結點。 網(wǎng)狀模型是用網(wǎng)狀結構表示實體及其之間聯(lián)系的模型。網(wǎng) 中的每一個結點代表一個記錄類型，聯(lián)系用鏈接指針來實現(xiàn)。 網(wǎng)關模型和層次模型在本質(zhì)上是一樣的。從邏輯上看，它們 都是基本層次聯(lián)系的集合，用結點表示實體，用有向邊表示實體 間的聯(lián)系。 面對對象的數(shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蟮母拍钆c數(shù)據(jù)庫技術相結合 的產(chǎn)物。面向?qū)ο竽Ｐ椭凶罨镜母拍钍菍ο蠛皖?。對象是現(xiàn) 實世界中實體的模型化。每個對象有一個唯一的標識符，并把一 個狀態(tài)和一個行為封裝在一起。類由兩部分組成，其一是對象類 型；其二是對這個對象類型進行操作的方法。所有的類和子類組 成一個樹狀的類層次。 關系模型標志著數(shù)據(jù)庫技術走向成熟。它用二維表的形式 來表示實體和實體問聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。從用戶觀點來看，關系的 邏輯結構是一個二維表，在磁盤上以文件形式存儲。關系模型的 最大優(yōu)點就是簡單，一個關系就是一個數(shù)據(jù)庫表格，它是由行和 列組成，這樣就簡化了數(shù)據(jù)的設計。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般分為三級：面向用戶的或應用程序員的外 級；面向建立和維護數(shù)據(jù)庫人員的概念級；面向具體實現(xiàn)在計算 機中存儲的人員的內(nèi)級。各級有各自的描述語言和內(nèi)容，數(shù)據(jù)在 各級之間進行轉(zhuǎn)換或映射。描述信息和數(shù)據(jù)的格式及方法稱為 模式。在外級的稱為外模式，在概念級的稱為概念模式，在內(nèi)級 的稱為內(nèi)模式。 建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本要求是能保證數(shù)據(jù)庫的獨立性、冗余 數(shù)據(jù)少、系統(tǒng)的用戶接口簡單、能夠確保系統(tǒng)運行可靠、有重新組 織數(shù)據(jù)的能力。具有可修改性和可擴充性，能夠充分描述數(shù)據(jù)間 的內(nèi)在聯(lián)系。 數(shù)據(jù)庫技術研究的幾個主要方向是：實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的標準化， 研究現(xiàn)有的主要數(shù)據(jù)模型之間轉(zhuǎn)換或者對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫進行簡 化和統(tǒng)一；研制數(shù)據(jù)庫計算機，以提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)執(zhí)行的文件；改 善數(shù)據(jù)庫設計方法，制定完善的工程規(guī)范，逐步提高數(shù)據(jù)庫設計 的自動化程度；建立分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這是計算機網(wǎng)絡技術 與數(shù)據(jù)庫技術相結合的產(chǎn)物；創(chuàng)建智能數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)庫技術中還有一個重要的問題是數(shù)據(jù)加密的問題。將 數(shù)據(jù)編成密碼技術，是計算機通信或數(shù)據(jù)存儲中對數(shù)據(jù)采取的一 項安全措施。在數(shù)據(jù)存儲或傳輸前加工成密碼數(shù)據(jù)或密碼文件 稱為加密。在使用這些數(shù)據(jù)和文件之前再將其還原成原來的樣 子。稱為解密。加密有三個目的：保證通信安全，使傳輸中的數(shù)據(jù) 只有指定的接收者才能了解其真意；接收者可以驗證數(shù)據(jù)的真實 性，防止有人偽造密碼數(shù)據(jù)；電子簽名，發(fā)送者用加密的方法建立 一個簽名，別人可以鑒定該簽名的真實性，這在‘電子資金匯總系 統(tǒng)中有重要的用途。 為了節(jié)省信息的存儲空間和提高信息的傳輸效率，對信息編 碼長度進行壓縮的技術稱為數(shù)據(jù)壓縮。這樣做可以節(jié)省很大的 費用。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是指用以描述、管理和維護數(shù)據(jù)庫的程序系 統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分。它建立在操作系統(tǒng)的基礎 上，對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制。它主要有四個功能，第一， 描述數(shù)據(jù)庫：描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的邏輯結構、存儲結構、語義信息和 保密要求等；第二，管理數(shù)據(jù)庫：控制整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行，控 制用戶的并發(fā)性訪問，檢驗數(shù)據(jù)的安全、保密與完整性，執(zhí)行數(shù)據(jù) 檢索、插入、刪除、修改等操作；第三，維護數(shù)據(jù)庫：控制數(shù)據(jù)庫初 始數(shù)據(jù)的裝入，記錄工作日志，監(jiān)視數(shù)據(jù)庫性能，修改更新數(shù)據(jù) 庫，重新組織數(shù)據(jù)庫，恢復出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)庫；第四，數(shù)據(jù)通信：組 織數(shù)據(jù)的傳輸。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常有三部分：數(shù)據(jù)描述語言及其翻譯程 序；數(shù)據(jù)操作語言及其處理程序；數(shù)據(jù)庫管理例行程序?！　　?/pre>




編輯推薦
　　《科壇無冕之王：數(shù)學與高新技術（修訂版）》從有關現(xiàn)代數(shù)學和現(xiàn)代數(shù)學技術的基本知識入門，著重介紹了當前世界數(shù)學上最新成果、最新動態(tài)、最新發(fā)展趨勢。內(nèi)容包括：高技術本質(zhì)上是數(shù)學技術、若干數(shù)學技術、綜合運用數(shù)學技術的若干領域等三部分。





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