理论教育 应用数学的点:数学之外与数学之内

应用数学的点:数学之外与数学之内

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们可以画出一个数学上的点吗?粗看是点,细看是图像,一点一世界。对于应用数学,我们不能处理无限的东西。既然一个点事实上是一张图片,那么,就如这篇文章的题目“一点一世界”,一个点内可以包含任何东西。但是如果我们用格拉斯曼坐标来表示,它与通常的中点格拉斯曼坐标是一样的。相同的格拉斯曼坐标对应的图像可能不同。本来应用数学就没有一个点的概念,点一定还有大小、浓淡(质量)及质量分布的。

应用数学的点:数学之外与数学之内

我们可以画出一个数学上的点吗?用笔画一个点,拿放大镜再仔细看看,用数学的眼光看,它只是一个颜色的分布。计算机也是这么处理它的,通常是用矩阵,其元素是在该位置颜色的浓度,技术用语也叫做灰度。如果是彩色的,那么就用3个矩阵表现三原色的浓度。用数学表示也可以认为是质量的分布,可以记成函数m(x,y),那是一幅图像了。任何图像也可以记成函数m(x,y)。函数或图像还是点吗?粗看是点,细看是图像,一点一世界。在大学高年级学了泛函分析以后,我们知道,函数还是点,是无限维希尔伯特空间上的点。对于应用数学,我们不能处理无限的东西。处理无限的东西要用无限的时间,所以我们采用离散化的方法。将图像的定义域(0,1)×(0,1)分隔成n×n的格子,在每个格子上用质量m的平均值来代表。细看只是细到一点的程度。这样人们就只需要用一个n×n的矩阵来描绘这幅图片。许多普通计算机的显示屏长宽取得不同(如728×1024),你可以取大的n,这样就是一幅大像素的图像。但是,再大的像素,总会忽略掉更加细的细节。

如果你把矩阵一列接一列地列成一个向量,那么二元函数就完全是高维空间的点。既然一个点事实上是一张图片,那么,就如这篇文章的题目“一点一世界”,一个点内可以包含任何东西。上帝在太阳系画了一个点——地球。走近看一下,那个点里有海洋、陆地;再走近点,看见高山、河流;再走近点,看见高楼、大树,有人类、牛羊,有蚂蚁、蜜蜂,有细菌、病毒,等等。

我第一次从显微镜下看脏水,看到许多眼睛看不到的浮游生物,当时我就想,这些浮游生物是否也会造一个更小的显微镜去看更小的生物呢?在上帝眼里,人类是否就像趴在皮球上的细菌一样趴在地球上呢?(www.daowen.com)

既然是点,处理点就容易多了。譬如,我们可以来分析两个点的中点。利用上面中点的表示公式,我们得到一张新的图像,是原先两个图像的叠加,不过都比原先的淡了许多。如果你还是利用这个公式,把这两张图像的连线求出来。然后用Video软件播放,那么你看到的是图像A逐渐淡化,而图像B逐渐显现。在这里我们看到,所谓录像无非是那个高维空间的点所走的路径。如果图像A是一个点,图像B是另一个点,我们得到的中间过程是点A逐渐隐去、点B逐渐显现。这好像与我们对中点的直接理解不同,通常认为应该是一个点从位置A逐渐移动到位置B。但是如果我们用格拉斯曼坐标来表示,它与通常的中点格拉斯曼坐标是一样的。半个在A处,半个在B处,与一个在(A+B)/2处是一样的。所以,格拉斯曼坐标还只是抽象的物理意义下的点,它还是没有大小,但有了质量。在格拉斯曼坐标中,其抽象的表示是将所有的质量集中在质心,但也可以分散在各处。相同的格拉斯曼坐标对应的图像可能不同。本来应用数学就没有一个点的概念,点一定还有大小、浓淡(质量)及质量分布的。所以,移动点时是移动一堆质量,而中点只是点移动到一半时的状态。而移动一个点,就是画线了。最简单的线是直线。

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