科壇無冕之王

前言

　　當(dāng)今世界，社會(huì)高速發(fā)展，生活瞬息萬變。人們正在從各種途徑汲取營(yíng) 養(yǎng)，豐富自己，以求得多元的知識(shí)結(jié)構(gòu)。世界科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，一個(gè)國(guó)家 、一個(gè)民族在科學(xué)技術(shù)上不斷進(jìn)取。就可能實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展。國(guó)人 ，尤其是背負(fù)著時(shí)代賦予重大責(zé)任的青年人，已清醒地意識(shí)到，科學(xué)技術(shù)知 識(shí)蘊(yùn)含著恰能開發(fā)他們擔(dān)負(fù)起這種責(zé)任的巨大潛能，基礎(chǔ)科學(xué)和高新技術(shù)知 識(shí)便成為他們涉獵的熱點(diǎn)。 正是為了滿足人們對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和高新技術(shù)的這種急切需要。十多年前湖 北省科普作家協(xié)會(huì)即組織數(shù)十位專家、教授。撰寫了一套《基礎(chǔ)科學(xué)與高新 技術(shù)科普叢書》，并獲得了湖北省科普創(chuàng)作一等獎(jiǎng)；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(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的 高速發(fā)展，廣大讀者迫切期望看到一套更及時(shí)更全面介紹新科學(xué)、新技術(shù)、 新知識(shí)的叢書。深入實(shí)施《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)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(chǔ)科學(xué)與高新技術(shù) 科普叢書》（修訂版）。 《叢書》（修訂版）力圖從科學(xué)發(fā)展觀的高度把握當(dāng)代科學(xué)的最新成就 和特點(diǎn)，通過精選、咀嚼、消化了的高新科技知識(shí)，使讀者在了解新知識(shí)的 同時(shí)，認(rèn)識(shí)世界科技發(fā)展的趨勢(shì)，激發(fā)全民的科技熱情，以及對(duì)祖國(guó)、對(duì)民 族的熱愛和使命感。還特別注重于科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法的介紹， 企望以此引導(dǎo)人們改變傳統(tǒng)的、陳舊的思想觀念，確立新的科學(xué)理念，運(yùn)用 科學(xué)方法，啟迪科學(xué)思維，激發(fā)創(chuàng)新活力。 全書文字表述力求通俗易懂、生動(dòng)活潑，插圖力求準(zhǔn)確逼真，這一切都 基本保持來了原書科學(xué)性、通俗性、趣味性的傳統(tǒng)風(fēng)格。 《叢書》（修訂版）即將付梓印刷，我們倍感欣慰。與此同時(shí)，我們對(duì) 在《叢書》策劃、編寫、修訂、出版過程中，給予關(guān)心和支持的湖北省科學(xué) 技術(shù)協(xié)會(huì)、湖北省財(cái)政廳和湖北省科普作家協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)深表敬意；對(duì)應(yīng)邀擔(dān) 任《叢書》（修訂版）編輯委員會(huì)顧問和委員的各位領(lǐng)導(dǎo)、專家表示深深的 謝意；對(duì)付出辛苦勞動(dòng)和智慧的各位作者表示衷心的感謝；對(duì)承擔(dān)該書編輯 、出版工作的出版社領(lǐng)導(dǎo)和編、印、發(fā)人員致以真切的慰問。 《基礎(chǔ)科學(xué)與高新技術(shù)科普叢書》（修訂版）編輯委員會(huì) 2011年12月18日

內(nèi)容概要

　　《科壇無冕之王：數(shù)學(xué)與高新技術(shù)（修訂版）》力圖從 科學(xué)發(fā)展觀的高度把握當(dāng)代數(shù)學(xué)的最新成就和特點(diǎn)，通過精選、咀嚼、消化 了的高新科技知識(shí)，使讀者在了解新知識(shí)的同時(shí)，認(rèn)識(shí)世界數(shù)學(xué)科技發(fā)展的 趨勢(shì)，激發(fā)全民的科技熱情，以及對(duì)祖國(guó)、對(duì)民族的熱愛和使命感。還特別 注重于科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法的介紹，企望以此引導(dǎo)人們改變傳統(tǒng) 的、陳舊的思想觀念，確立新的科學(xué)理念，運(yùn)用科學(xué)方法，啟迪科學(xué)思維， 激發(fā)創(chuàng)新活力。 《科壇無冕之王：數(shù)學(xué)與高新技術(shù)（修訂版）》文字表述力求通俗易 懂、生動(dòng)活潑，插圖力求準(zhǔn)確逼真，這一切都基本保持來了原書科學(xué)性、通 俗性、趣味性的傳統(tǒng)風(fēng)格。

書籍目錄

一、高技術(shù)本質(zhì)上是數(shù)學(xué)技術(shù)以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的若干高技術(shù)二、若干數(shù)學(xué)技術(shù)1.計(jì)算技術(shù)2.運(yùn)籌學(xué)3.模糊技術(shù)4.編碼技術(shù)5.小波技術(shù)6.統(tǒng)計(jì)技術(shù)7.均勻設(shè)計(jì)技術(shù)8.最優(yōu)技術(shù)9.對(duì)策技術(shù)10.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)11.數(shù)學(xué)模型技術(shù)12.濾波技術(shù)13.控制技術(shù)14.混沌技術(shù)15.概率技術(shù)16.分形技術(shù)17.機(jī)械化方法18.線性規(guī)劃19.其他數(shù)學(xué)技術(shù)三、綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)技術(shù)的若干領(lǐng)域1.制造業(yè)中的數(shù)學(xué)技術(shù)2.石油業(yè)中的數(shù)學(xué)技術(shù)3.人工智能中的數(shù)學(xué)技術(shù)4.戰(zhàn)爭(zhēng)中的數(shù)學(xué)技術(shù)5.自動(dòng)化中的數(shù)學(xué)技術(shù)6.生命科學(xué)中的數(shù)學(xué)技術(shù)7.系統(tǒng)模擬中的數(shù)學(xué)技術(shù)8.保險(xiǎn)業(yè)中的數(shù)學(xué)技術(shù)9.經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)技術(shù)10.醫(yī)學(xué)中的數(shù)學(xué)技術(shù)11.生物高技術(shù)與數(shù)學(xué)技術(shù)12.天氣預(yù)報(bào)中的數(shù)學(xué)技術(shù)13.農(nóng)業(yè)中的數(shù)學(xué)技術(shù)14.汽車制造業(yè)中的數(shù)學(xué)技術(shù)

章節(jié)摘錄

　?。?）數(shù)據(jù)庫技術(shù) 該技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)硬件、軟件的發(fā)展緊密相關(guān)。大致經(jīng) 歷了三個(gè)階段。 工管理階段。20世紀(jì)50年代中期之前，計(jì)算機(jī)主要用于計(jì) 算，它需要的數(shù)據(jù)不多，外存儲(chǔ)器也不大，只用簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序來 控制程序的運(yùn)行。由于數(shù)據(jù)不長(zhǎng)期保存在計(jì)算機(jī)中，程序中用到 的數(shù)據(jù)由程序員在應(yīng)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(jì)算機(jī)中、 的物理存儲(chǔ)方式，程序和數(shù)據(jù)混為一體。在需要引用數(shù)據(jù)時(shí)，直 接按照地址存取。 文件系統(tǒng)管理階段。在20世紀(jì)50年代后期到60年代中 期，計(jì)算機(jī)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(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)所組成。每個(gè)用 戶可以建立、修改和使用一個(gè)或多個(gè)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(shè)計(jì)中只 需考慮數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)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(chǔ)介質(zhì)上的 位置。 數(shù)據(jù)庫管理階段。20世紀(jì)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(shù)。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(yīng)用程序服務(wù)，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 共享。伺時(shí)使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)盡可能地相互獨(dú)立。在數(shù)據(jù)庫技 術(shù)中，還提供了對(duì)數(shù)據(jù)的安全性、完整性、保密性進(jìn)行統(tǒng)一控制的 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)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(yīng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，是構(gòu)成整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行的核 心，它起著用戶的應(yīng)用與整個(gè)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(qǐng)求，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中去操作 （檢索、存儲(chǔ)、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(shí)世界轉(zhuǎn)換 成信息世界，再轉(zhuǎn)換成機(jī)器世界?？陀^事物在信息世界中稱為實(shí) 體。一個(gè)學(xué)生、一本書都是實(shí)體。實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。反映 實(shí)體之間的聯(lián)系稱為實(shí)體模型。實(shí)體具有屬性，如一個(gè)人的身份 證號(hào)碼。這類的屬性又稱為屬性的值。唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體集中屬性 的，稱為關(guān)鍵字，如一個(gè)人的身份證號(hào)碼。實(shí)體模型是一種靜態(tài) 模型。 信息世界的信息在計(jì)算機(jī)中是以數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)的。一個(gè)實(shí) 體的數(shù)據(jù)稱為一個(gè)記錄。標(biāo)記實(shí)體屬性的符號(hào)稱為數(shù)據(jù)項(xiàng)。同 類記錄的集合是一個(gè)文件，它描述一個(gè)實(shí)體集。能唯一標(biāo)識(shí)記 錄的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的值稱為文件的關(guān)鍵字。把組織文件的 關(guān)鍵字稱為主關(guān)鍵字，把不能唯一標(biāo)識(shí)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)稱為輔關(guān) 鍵字。 數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、文件都是數(shù)據(jù)的重要單位，合稱邏輯數(shù)據(jù)。當(dāng) 把它們存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)上時(shí)就稱為物理數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)模型是對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)模型由三部分組成：對(duì) 象類型集合，操作集合和完整性規(guī)則集合。其中對(duì)象類型是數(shù)據(jù) 模型最基本的部分，它將確定邏輯結(jié)構(gòu)，即信息如何組織，這是我 們討論的重點(diǎn)。操作提供對(duì)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(quán)限等）。完整性規(guī)則是對(duì) 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(luò)模型和關(guān)系模型。 層次模型用樹形結(jié)構(gòu)表示0實(shí)體及其之間聯(lián)系的模型。它 是由若干個(gè)基本層次聯(lián)系組成的一棵樹，樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)代表一個(gè) 記錄類型。該模型的實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)由鏈按指針來體現(xiàn)聯(lián)系。層 次模型有兩點(diǎn)限制：一是有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無交結(jié)點(diǎn)，此結(jié)點(diǎn)即 為樹的根；二是其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)交結(jié)點(diǎn)。 網(wǎng)狀模型是用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間聯(lián)系的模型。網(wǎng) 中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)記錄類型，聯(lián)系用鏈接指針來實(shí)現(xiàn)。 網(wǎng)關(guān)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(jié)點(diǎn)表示實(shí)體，用有向邊表示實(shí)體 間的聯(lián)系。 面對(duì)對(duì)象的數(shù)據(jù)庫是面向?qū)ο蟮母拍钆c數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合 的產(chǎn)物。面向?qū)ο竽Ｐ椭凶罨镜母拍钍菍?duì)象和類。對(duì)象是現(xiàn) 實(shí)世界中實(shí)體的模型化。每個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，并把一 個(gè)狀態(tài)和一個(gè)行為封裝在一起。類由兩部分組成，其一是對(duì)象類 型；其二是對(duì)這個(gè)對(duì)象類型進(jìn)行操作的方法。所有的類和子類組 成一個(gè)樹狀的類層次。 關(guān)系模型標(biāo)志著數(shù)據(jù)庫技術(shù)走向成熟。它用二維表的形式 來表示實(shí)體和實(shí)體問聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。從用戶觀點(diǎn)來看，關(guān)系的 邏輯結(jié)構(gòu)是一個(gè)二維表，在磁盤上以文件形式存儲(chǔ)。關(guān)系模型的 最大優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，一個(gè)關(guān)系就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫表格，它是由行和 列組成，這樣就簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般分為三級(jí)：面向用戶的或應(yīng)用程序員的外 級(jí)；面向建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫人員的概念級(jí)；面向具體實(shí)現(xiàn)在計(jì)算 機(jī)中存儲(chǔ)的人員的內(nèi)級(jí)。各級(jí)有各自的描述語言和內(nèi)容，數(shù)據(jù)在 各級(jí)之間進(jìn)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(jí)的稱為外模式，在概念級(jí)的稱為概念模式，在內(nèi)級(jí) 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(dú)立性、冗余 數(shù)據(jù)少、系統(tǒng)的用戶接口簡(jiǎn)單、能夠確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠、有重新組 織數(shù)據(jù)的能力。具有可修改性和可擴(kuò)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(shù)研究的幾個(gè)主要方向是：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化， 研究現(xiàn)有的主要數(shù)據(jù)模型之間轉(zhuǎn)換或者對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行簡(jiǎn) 化和統(tǒng)一；研制數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)，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(shè)計(jì)方法，制定完善的工程規(guī)范，逐步提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 的自動(dòng)化程度；建立分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物；創(chuàng)建智能數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)中還有一個(gè)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(shù)，是計(jì)算機(jī)通信或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中對(duì)數(shù)據(jù)采取的一 項(xiàng)安全措施。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)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(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí) 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(gè)簽名，別人可以鑒定該簽名的真實(shí)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(chǔ)空間和提高信息的傳輸效率，對(duì)信息編 碼長(zhǎng)度進(jìn)行壓縮的技術(shù)稱為數(shù)據(jù)壓縮。這樣做可以節(jié)省很大的 費(fèi)用。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是指用以描述、管理和維護(hù)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(chǔ) 上，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制。它主要有四個(gè)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(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、語義信息和 保密要求等；第二，管理數(shù)據(jù)庫：控制整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行，控 制用戶的并發(fā)性訪問，檢驗(yàn)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(hù)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(fù)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(xué)與高新技術(shù)（修訂版）》從有關(guān)現(xiàn)代數(shù)學(xué)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)技術(shù)的基本知識(shí)入門，著重介紹了當(dāng)前世界數(shù)學(xué)上最新成果、最新動(dòng)態(tài)、最新發(fā)展趨勢(shì)。內(nèi)容包括：高技術(shù)本質(zhì)上是數(shù)學(xué)技術(shù)、若干數(shù)學(xué)技術(shù)、綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)技術(shù)的若干領(lǐng)域等三部分。





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