第一篇：數(shù)學(xué)學(xué)科前沿講座報(bào)告

數(shù)學(xué)學(xué)科前沿講座

通過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)和學(xué)校數(shù)位專家教授的耐心講解，產(chǎn)生了一些自己對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的體會(huì)。下面就簡(jiǎn)要談?wù)劊ㄟ^聽取前沿講座我對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的理解與變化。近半個(gè)多世紀(jì)以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)學(xué)的應(yīng)用不僅在工程技術(shù)、自然科學(xué) 等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，而且以空前的廣度和深度向經(jīng)濟(jì)、金融、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、地質(zhì)、人口、交通等新的領(lǐng)域滲透，所謂數(shù)學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分。因有數(shù)學(xué),才有今天科技的繁榮，在我們身邊到處都有數(shù)學(xué)問題。今天科技領(lǐng)域也以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)。如計(jì)算機(jī)的發(fā)展，一切理論都是數(shù)學(xué)家提出的，某個(gè)物理學(xué)家要研究某個(gè)項(xiàng)目，都要以豐厚的 數(shù)學(xué)功底為前提。在人們的生活中，時(shí)刻與數(shù)學(xué)打交道，可謂世界因數(shù)學(xué)而精彩。既然數(shù)學(xué)有 如此大的魅力，下面將粗略的介紹一下。數(shù)學(xué)曾出現(xiàn)三次危機(jī)：無理數(shù)的發(fā)現(xiàn)——第一次數(shù)學(xué)危機(jī)；無窮小是零嗎——第二次數(shù)學(xué) 危機(jī)；悖論的產(chǎn)生---第三次數(shù)學(xué)危機(jī)。數(shù)學(xué)歷來被視為嚴(yán)格、和諧、精確的學(xué)科，縱觀數(shù)學(xué) 發(fā)展史，數(shù)學(xué)發(fā)展從來不是完全直線式的，他的體系不是永遠(yuǎn)和諧的，而常常出現(xiàn)悖論。在悖 論中逐漸成熟，進(jìn)而到現(xiàn)在出現(xiàn)多個(gè)分支，分為：基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、數(shù)論、代數(shù)學(xué)、幾何學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、函數(shù)論、常微分方程、偏微分方程、概率論、應(yīng)用數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)。

一、應(yīng)用數(shù)學(xué) 應(yīng)用數(shù)學(xué)屬于數(shù)學(xué)一級(jí)學(xué)科下的二級(jí)學(xué)科。應(yīng)用數(shù)學(xué)是應(yīng)用目的明確的數(shù)學(xué)理論和方法的 總稱，它是數(shù)學(xué)理論知識(shí)與應(yīng)用科學(xué)、工程技術(shù)等領(lǐng)域聯(lián)系的重要紐帶。應(yīng)用數(shù)學(xué)主要研究具 有實(shí)際背景或應(yīng)用前景的數(shù)學(xué)理論或方法，以數(shù)學(xué)各個(gè)分支的應(yīng)用基礎(chǔ)理論為研究主體，同時(shí) 也研究自然科學(xué)、工程技術(shù)、信息、經(jīng)濟(jì)、管理等科學(xué)中的數(shù)學(xué)問題，包括建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型、利用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題等。主要研究方向：(1)非線性偏微分方程 非線性偏微分方程是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個(gè)重要分支，無論在理論中還是在實(shí)際應(yīng)用中，非線性 偏微分方程均被用來描述力學(xué)、控制過程、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、化工循環(huán)系統(tǒng)及流行病學(xué)等領(lǐng)域 的問題。利用非線性偏微分方程描述上述問題充分考慮到空間、時(shí)間、時(shí)滯的影響，因而更能 準(zhǔn)確的反映實(shí)際。本方向主要研究非線性偏微分方程、H-半變分不等式、最優(yōu)控制系統(tǒng)的微分 方程理論及其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。

(2)拓?fù)鋵W(xué) 拓?fù)鋵W(xué)，是近代發(fā)展起來的一個(gè)研究連續(xù)性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支。中文名稱起源于希臘語 Τ ο π ο λ ο γ 的音譯。Topology 原意為地貌，于 19 世紀(jì)中期由科學(xué)家引入，當(dāng)時(shí)主要研究 的是出于數(shù)學(xué)分析的需要而產(chǎn)生的一些幾何問題。發(fā)展至今，拓?fù)鋵W(xué)主要研究拓?fù)淇臻g在拓?fù)?變換下的不變性質(zhì)和不變量。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)中一個(gè)重要的、基礎(chǔ)的分支。起初它是幾何學(xué)的 一支，研究幾何圖形在連續(xù)變形下保持不變的性質(zhì)(所謂連續(xù)變形，形象地說就是允許伸縮和 扭曲等變形，但不許割斷和粘合)；現(xiàn)在已發(fā)展成為研究連續(xù)性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支。由于連續(xù)性在數(shù)學(xué)中的表現(xiàn)方式與研究方法的多樣性，拓?fù)鋵W(xué)又分成研究對(duì)象與方法各異 的若干分支。19 世紀(jì)末，在拓?fù)鋵W(xué)的孕育階段，就已出現(xiàn)點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)與組合拓?fù)鋵W(xué)兩個(gè)方向?，F(xiàn)在，前者演化為一般拓?fù)鋵W(xué)，后者則成為代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)。后來，又相繼出現(xiàn)了微分拓樸學(xué)、幾何拓?fù)鋵W(xué)等分支。拓?fù)鋵W(xué)也是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，研究幾何圖形在連續(xù)改變形狀時(shí)還能保持不 變的一些特性，它只考慮物體間的位置關(guān)系而不考慮它們的距離和大小。舉例來說，在通常 的平面幾何里，把平面上的一個(gè)圖形搬到另一個(gè)圖形上，如果完全重合，那么這兩個(gè)圖形叫做 全等形。但是，在拓?fù)鋵W(xué)里所研究的圖形，在運(yùn)動(dòng)中無論它的大小或者形狀都發(fā)生變化。在拓 撲學(xué)里沒有不能彎曲的元素，每一個(gè)圖形的大小、形狀都可以改變。例如，下面將要講的歐拉 在解決哥尼斯堡七橋問題的時(shí)候，他畫的圖形就不考慮它的大小、形狀，僅考慮點(diǎn)和線的個(gè)數(shù)。這些就是拓?fù)鋵W(xué)思考問題的出發(fā)點(diǎn)。簡(jiǎn)單地說，拓?fù)渚褪茄芯坑行蔚奈矬w在連續(xù)變換下，怎樣還能保持性質(zhì)不變。

幾何拓?fù)鋵W(xué)是十九世紀(jì)形成的一門數(shù)學(xué)分支，它屬于幾何學(xué)的范疇。有關(guān)拓?fù)鋵W(xué)的一些內(nèi) 容早在十八世紀(jì)就出現(xiàn)了。那時(shí)候發(fā)現(xiàn)一些孤立的問題，后來在拓?fù)鋵W(xué)的形成中占著重要的地 位。在數(shù)學(xué)上，關(guān)于哥尼斯堡七橋問題、多面體的 歐拉定理、四色問題等都是拓?fù)鋵W(xué)發(fā)展史的 重要問題。哥尼斯堡七橋問題 哥尼斯堡（今俄羅斯加里寧格勒）是東普魯士的首都，普萊格爾河橫貫其中。十八世紀(jì)在 這條河上建有七座橋，將河中間的兩個(gè)島和河岸聯(lián)結(jié)起來。人們閑暇時(shí)經(jīng)常在這上邊散步，一 天有人提出：能不能每座橋都只走一遍，最后又回到原來的位置。這個(gè)看起來很簡(jiǎn)單又很有趣 的問題吸引了大家，很多人在嘗試各種各樣的走法，但誰也沒有做到。看來要得到一個(gè)明確、理想的答案還不那么容易。歐拉經(jīng)過分析，得出結(jié)論——不可能每座橋都走一遍，最后回到原 來的位置。并且給出了所有能夠一筆畫出來的圖形所應(yīng)具有的條件。這是拓?fù)鋵W(xué)的“先聲”。在拓?fù)鋵W(xué)的發(fā)展歷史中，還有一個(gè)著名而且重要的關(guān)于多面體的定理也和歐拉有關(guān)。這個(gè)定理內(nèi)容是：如果一個(gè)凸多面體的頂點(diǎn)數(shù)是 v、棱數(shù)是 e、面數(shù)是 f，那么它們總有這樣的關(guān) 系：f+v-e=2。根據(jù)多面體的歐拉定理，可以得出這樣一個(gè)有趣的事實(shí)：只存在五種正多面體。它們是正 四面體、正六面體、正八面體、正十二面體、正二十面體。著名的“四色問題”也是與拓?fù)鋵W(xué)發(fā)展有關(guān)的問題。四色問題又稱 四色猜想，是世界近代 三大數(shù)學(xué)難題之一。拓?fù)鋵W(xué)起初叫形勢(shì)分析學(xué)，是萊布尼茨 1679 年提出的名詞。十九世紀(jì)中期，黎曼在復(fù)函 數(shù)的研究中強(qiáng)調(diào)研究函數(shù)和積分就必須研究形 勢(shì)分析學(xué)。從此開始了現(xiàn)代拓?fù)鋵W(xué)的系統(tǒng)研究。在拓?fù)鋵W(xué)里不討論兩個(gè)圖形全等的概念，但是討論拓?fù)涞葍r(jià)的概念。比如，盡管圓和方形、三 角形的形狀、大小不同，在拓?fù)渥儞Q下，它們都是等價(jià)圖形。換句話講，就是從拓?fù)鋵W(xué)的角度 看，它們是完全一樣的。在一個(gè)球面上任選一些點(diǎn)用不相交的線把它們連接起來，這樣球面就 被這些線分成許多塊。在拓?fù)渥儞Q下，點(diǎn)、線、塊的數(shù)目仍和原來的數(shù)目一樣，這就是拓?fù)涞?價(jià)。一般地說，對(duì)于任意形狀的閉曲面，只要不把曲面撕裂或割破，他的變換就是拓?fù)渥儞Q，就存在拓?fù)涞葍r(jià)。應(yīng)該指出，環(huán)面不具有這個(gè)性質(zhì)。把環(huán)面切開，它不至于分成許多塊，只是 變成一個(gè)彎曲的圓桶形，對(duì)于這種情況，我們就說球面不能拓?fù)涞淖兂森h(huán)面。所以球面和環(huán)面 在拓?fù)鋵W(xué)中是不同的曲面。

（3）概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì) 研究隨機(jī)現(xiàn)象數(shù)量規(guī)律的數(shù)學(xué)分支。隨機(jī)現(xiàn)象是相對(duì)于決定性現(xiàn)象而言的。在一定條件下 必然發(fā)生某一結(jié)果的現(xiàn)象稱為決定性現(xiàn)象。例如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，純水加熱到 100℃時(shí)水必然 會(huì)沸騰等。隨機(jī)現(xiàn)象則是指在基本條件不變的情況下，一系列試驗(yàn)或觀察會(huì)得到不同結(jié)果的現(xiàn) 象。每一次試驗(yàn)或觀察前，不能肯定會(huì)出現(xiàn)哪種結(jié)果，呈現(xiàn)出偶然性。例如，擲一硬幣，可能 出現(xiàn)正面或反面，在同一工藝條件下生產(chǎn)出的燈泡，其壽命長(zhǎng)短參差不齊等等。隨機(jī)現(xiàn)象的實(shí) 現(xiàn)和對(duì)它的觀察稱為隨機(jī)試驗(yàn)。隨機(jī)試驗(yàn)的每一可能結(jié)果稱為一個(gè)基本事件，一個(gè)或一組基本 事件統(tǒng)稱隨機(jī)事件，或簡(jiǎn)稱事件。事件的概率則是衡量該事件發(fā)生的可能性的量度。雖然在一 次隨機(jī)試驗(yàn)中某個(gè)事件的發(fā)生是帶有偶然性的，但那些可在相同條件下大量重復(fù)的隨機(jī)試驗(yàn)卻往往呈現(xiàn)出明顯的數(shù)量規(guī)律。例如，連續(xù)多次擲一均勻的硬幣，出現(xiàn)正面的頻率隨著投擲次數(shù) 的增加逐漸趨向于 1/2。又如，多次測(cè)量一物體的長(zhǎng)度，其測(cè)量結(jié)果的平均值隨著測(cè)量次數(shù)的 增加，逐漸穩(wěn)定于一常數(shù)，并且諸測(cè)量值大都落在此常數(shù)的附近，其分布狀況呈現(xiàn)中間多，兩 頭少及某程度的對(duì)稱性。大數(shù)定律及中心極限定理就是描述和論證這些規(guī)律的。在實(shí)際生活中，人們往往還需要研究某一特定隨機(jī)現(xiàn)象的演變情況隨機(jī)過程。例如，微小粒子在液體中受周圍 分子的隨機(jī)碰撞而形成不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（即布朗運(yùn)動(dòng)），這就是隨機(jī)過程。隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)特性、計(jì)算與隨機(jī)過程有關(guān)的某些事件的概率，特別是研究與隨機(jī)過程樣本軌道(即過程的一次實(shí)現(xiàn))有關(guān)的問題，是現(xiàn)代概率論的主要課題。

（4）運(yùn)籌學(xué) 在中國戰(zhàn)國時(shí)期，曾經(jīng)有過一次流傳后世的賽馬比賽，相信大家都知道，這就是 田忌賽馬。田忌賽馬的故事說明在已有的條件下，經(jīng)過籌劃、安排，選擇一個(gè)最好的方案，就會(huì)取得最好 的效果?？梢?，籌劃安排是十分重要的?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，運(yùn)籌學(xué)是近代應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，主要是將生產(chǎn)、管理等事件中出現(xiàn)的 一些帶有普遍性的運(yùn)籌問題加以提煉，然后利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行解決。前者提供模型，后者提供 理論和方法。運(yùn)籌學(xué)的思想在古代就已經(jīng)產(chǎn)生了。敵我雙方交戰(zhàn)，要克敵制勝就要在了解雙方情況的基 礎(chǔ)上，做出最優(yōu)的對(duì)付敵人的方法，這就是“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”的說法。但是作 為一門數(shù)學(xué)學(xué)科，用純數(shù)學(xué)的方法來解決最優(yōu)方法的選擇安排，卻是 晚多了。也可以說，運(yùn)籌 學(xué)是在二十世紀(jì)四十年代才開始興起的一門分支。運(yùn)籌學(xué)主要研究經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和軍事活動(dòng)中能用數(shù)量來表達(dá)的有關(guān)策劃、管理方面的問題。當(dāng) 然，隨著客觀實(shí)際的發(fā)展，運(yùn)籌學(xué)的許多內(nèi)容不但研究經(jīng)濟(jì)和軍事活動(dòng)，有些已經(jīng)深入到日常 生活當(dāng)中去了。運(yùn)籌學(xué)可以根據(jù)問題的要求，通過數(shù)學(xué)上的分析、運(yùn)算，得出各種各樣的結(jié)果，最后提出綜合性的合理安排，以達(dá)到最好的效果。運(yùn)籌學(xué)作為一門用來解決實(shí)際問題的學(xué)科，在處理千差萬別的各種問題時(shí)，一般有以下幾 個(gè)步驟：確定目標(biāo)、制定方案、建立模型、制定解法。雖然不大可能存在能處理及其廣泛對(duì)象的運(yùn)籌學(xué)，但是在運(yùn)籌學(xué)的發(fā)展過程中還是形成了 某些抽象模型，并能應(yīng)用解決較廣泛的實(shí)際問題。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，運(yùn)籌學(xué)已滲入很多領(lǐng)域里，發(fā)揮了越來越重要的作用。運(yùn)籌 學(xué)本身也在不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)包括好幾個(gè)分支的數(shù)學(xué)部門了。比如：數(shù)學(xué)規(guī)劃（又包 含線性規(guī)劃；非線性規(guī)劃；整數(shù)規(guī)劃；組合規(guī)劃等）、圖論、網(wǎng)絡(luò)流、決策分析、排隊(duì)論、可 靠性數(shù)學(xué)理論、庫存論、博弈論、搜索論、模擬等等。運(yùn)籌學(xué)有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，它已滲透到 諸如服務(wù)、庫存、搜索、人口、對(duì)抗、控制、時(shí)間表、資源分配、廠址定位、能源、設(shè)計(jì)、生 產(chǎn)、可靠性等各個(gè)方面。運(yùn)籌學(xué)是軟科學(xué)中“硬度”較大的一門學(xué)科，兼有邏輯的數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)的邏輯的性質(zhì)，是系 統(tǒng)工程學(xué)和現(xiàn)代管理科學(xué)中的一種基礎(chǔ)理論和不可缺少的方法、手段和工具。運(yùn)籌學(xué)已被應(yīng)用 到各種管理工程中，在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。

（5）代數(shù)學(xué) 代數(shù)學(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)重要的基礎(chǔ)分支。傳統(tǒng)的代數(shù)學(xué)有群論，環(huán)論，模論，域論，線性代 數(shù)與多重線性代數(shù)(含矩陣論)，有限維代數(shù)，同調(diào)代數(shù)，范疇等。目前，代數(shù)學(xué)的發(fā)展有幾個(gè) 特征：其一是與其它數(shù)學(xué)分支交叉，例如與幾何，數(shù)論交叉產(chǎn)生了代數(shù)幾何，算術(shù)幾何，代數(shù) 數(shù)論等目前數(shù)學(xué)主流方向，矩陣論與組合學(xué)交叉產(chǎn)生了組合矩陣論。其二是代數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉，產(chǎn)生了計(jì)算代數(shù)，數(shù)學(xué)機(jī)械化，代數(shù)密碼學(xué)，代數(shù)自動(dòng)機(jī)等新的方向。隨 著計(jì)算科學(xué)的發(fā)展，矩陣論仍處在發(fā)展的階段，顯示出其生命力。其三是一些老的重要代數(shù)學(xué) 分支從代數(shù)學(xué)中獨(dú)立出來形成新的數(shù)學(xué)分支，如李群與李代數(shù)，代數(shù) K 理論。1．矩陣幾何及應(yīng)用：目前矩陣幾何的發(fā)展主要有三個(gè)方面：一是將矩陣幾何的研究推廣 到有零因子的環(huán)上； 二是將矩陣幾何基本定理中的條件化簡(jiǎn)或?qū)ふ移渌葍r(jià)條件，并找出特 殊情況下的簡(jiǎn)單證明； 三是將矩陣幾何的研究范圍擴(kuò)大到保其它的幾何不變量以及無限維算子 代數(shù)中。2．環(huán)上矩陣論及應(yīng)用： 四元數(shù)與四元數(shù)矩陣論在物理學(xué)，力學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，工程技術(shù) 中具有較好的應(yīng)用，受到國內(nèi)外工程技術(shù)界的重視。矩陣方程在很多實(shí)際問題(例如控制論，穩(wěn)定性理論)中有重要的作用，也是長(zhǎng)期的研究熱點(diǎn)。3．群論及應(yīng)用：群論是代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)的基本工具。典型群是群的一種很重 要的類型。研究數(shù)域或整數(shù)環(huán)上一般線性群的有限子群，用群的某些算術(shù)條件刻畫群的結(jié)構(gòu)并 對(duì)其進(jìn)行分類。4．Clifford 代數(shù), Hopf 代數(shù)及應(yīng)用：目前，Clifford 代數(shù)，Hopf 代數(shù)己成為物理學(xué)中 的熱門工具。二維 Clifford 代數(shù)就是四元數(shù)。5．代數(shù)學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息科學(xué)的應(yīng)用：隨著信息化進(jìn)程與因特網(wǎng)的深入與飛速發(fā)展，信息安全問題日益重要，保護(hù)網(wǎng)上信息安全是一個(gè)極為重要的新課題。主要采用加密技術(shù)與數(shù) 字鑒定，實(shí)際上是數(shù)學(xué)技術(shù)，主要用到代數(shù)學(xué)，組合數(shù)學(xué)與數(shù)論。圖像壓縮處理是信息處理中 的一個(gè)困難和極為重要的問題。體會(huì)：在上課時(shí)，老師講了一個(gè)年輕的數(shù)學(xué)家。1832 年 5 月 30 日清晨，在巴黎的葛拉塞 爾湖附近躺著一個(gè)昏迷的年輕人，過路的農(nóng)民從槍傷判斷他是決斗后受了重傷，就把這個(gè)不知 名的青年抬到醫(yī)院。第二天早晨十點(diǎn)，這個(gè)可憐的年輕人離開了人世，數(shù)學(xué)史上最年輕、最富 有創(chuàng)造性的頭腦停止了思考。后來的一些著名數(shù)學(xué)家們說，他的死使數(shù)學(xué)的發(fā)展被推遲了幾十 年，他就是伽羅華。當(dāng)時(shí)我就在想，何謂人生價(jià)值？一個(gè)人，能夠影響世界，對(duì)世界產(chǎn)生巨大 的影響，人離去后，被后人追念，此乃正真的人生價(jià)值，人生到如此境界，夫復(fù)何求。他 18 歲時(shí)便有如此大的成就，這令我心靈深深地震撼。我們生活在這個(gè)繁榮的世界，學(xué)習(xí)條件，設(shè) 備，都比當(dāng)時(shí)優(yōu)越，而且當(dāng)時(shí)沒有名師指導(dǎo)，就自己開出一片新領(lǐng)域 —群論，實(shí)在令人佩服和 敬仰。我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和生活之中，也應(yīng)多思考，對(duì)數(shù)學(xué)要有熱愛，多思索和研究，打破“前 無古人，后無來者”的局面。

二、金融數(shù)學(xué)

（1）概述 金融數(shù)學(xué)是一門新興學(xué)科，是“金融高技術(shù) ”的重要組成部分。研究金融數(shù)學(xué)有著重要 的意義。金融數(shù)學(xué)總的研究目標(biāo)是利用我國數(shù)學(xué)界某些方面的優(yōu)勢(shì)，圍繞金融市場(chǎng)的均衡與 有價(jià)證券定價(jià)的數(shù)學(xué)理論進(jìn)行深入剖析，建立適合我國國情的數(shù)學(xué)模型，編寫一定的計(jì)算機(jī)軟 件，對(duì)理論研究結(jié)果進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)量經(jīng)濟(jì)分析研究，為實(shí)際金融部門提供 較深入的技術(shù)分析咨詢。金融數(shù)學(xué)是在兩次華爾街革命的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一門數(shù)學(xué)與金 融學(xué)相交叉的前沿學(xué)科。其核心內(nèi)容就是研究不確定隨機(jī)環(huán)境下的投資組合的最優(yōu)選擇理論和 資產(chǎn)的定價(jià)理論。套利、最優(yōu)與均衡是金融數(shù)學(xué)的基本經(jīng)濟(jì)思想和三大基本概念。在國際上，這門學(xué)科已經(jīng)有 50 多年的發(fā)展歷史，特別是近些年來，在許多專家、學(xué)者們的努力下，金融 數(shù)學(xué)中的許多理論得以證明、模擬和完善。金融數(shù)學(xué)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了現(xiàn)代金融市場(chǎng)中金融 產(chǎn)品的快速創(chuàng)新，使得金融交易的范圍和層次更加豐富和多樣。這門新興的學(xué)科同樣與我國金 融改革和發(fā)展有緊密的聯(lián)系，而且其在我國的發(fā)展前景不可限量。

（2）現(xiàn)狀及發(fā)展 在國內(nèi)不能回避這樣一個(gè)事實(shí)：受過高等教育的專業(yè)人士都可以讀懂國內(nèi)經(jīng)濟(jì)類，金融類 核 心 期 刊，但 國 內(nèi) 金 融 學(xué) 專 業(yè) 的 本 科 生 卻 很 難 讀 懂 本 專 業(yè) 的 國 際 核 心 期 刊 《 Journal of Finance》，證劵投資基金經(jīng)理少有人去閱讀《Joural of Portfolio Management》，其原因不 在于外語的熟練程度，而在于內(nèi)容和研究方法上的差異，國內(nèi)較多停留在以描述性分析為主著重描述金融的定義，市場(chǎng)的劃分及金融組織等，或稱為描述金融；而國外學(xué)術(shù)界以及實(shí)務(wù)界則 以數(shù)量性分析為主，比如資本資產(chǎn)定價(jià)原理，衍生資產(chǎn)的復(fù)制方法等，或稱為分析金融，即使 在國內(nèi)金融學(xué)的教材中，雖然涉及到了標(biāo)的資產(chǎn)（Underlying asset）和衍生資產(chǎn)（Derivative asset）定價(jià)，但對(duì)公式提出的原文證明也予以回避，這種現(xiàn)象是不合理的，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的 原因有如下幾個(gè)方面：首先，根據(jù)研究方法的不同，我國金融學(xué)科既可以歸到我國哲學(xué)社會(huì)科 學(xué)規(guī)劃辦公室，也可以歸到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)管理科學(xué)部，前者占主要地位，且這支隊(duì) 伍大多來自經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌前的哲學(xué)和政治學(xué)隊(duì)伍，因此研究方法多為定性的方法。而西方正好相反，金融研究方向的隊(duì)伍具有很好的數(shù)理功底。其次是我國的金融市場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境所決定。我國證券市場(chǎng)剛起步，也沒有一個(gè)統(tǒng)一的貨幣市場(chǎng)，投資者隊(duì)伍主要由中小投資者構(gòu)成，市場(chǎng)投機(jī)成分高，因此不會(huì)產(chǎn)生對(duì)現(xiàn)代投資理論的需求，相應(yīng)地，學(xué)術(shù)界也難以對(duì)此產(chǎn)生研究的熱情。然而數(shù)學(xué)技術(shù)以其精確的描述，嚴(yán)密的推導(dǎo)已經(jīng)不容爭(zhēng)辯地走進(jìn)了金融領(lǐng)域。自從 1952 年馬柯維茨（Markowitz）提出了用隨機(jī)變量的特征變量來描述金融資產(chǎn)的收益性，不確定性 和流動(dòng)性以來，已經(jīng)很難分清世界一流的金融雜志是在分析金融市場(chǎng)還是在撰寫一篇數(shù)學(xué)論 文。再回到 Collins 的講話，在金融證券化的趨勢(shì)中，無論是我們采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析歷史數(shù)據(jù)，尋找價(jià)格波動(dòng)規(guī)律，還是用數(shù)學(xué)分析的方法去復(fù)制金融產(chǎn)品，誰最先發(fā)現(xiàn)了在規(guī)律，誰 就能在瞬息萬變的金融市場(chǎng)中獲取高額利潤(rùn)。盡管由于森嚴(yán)的進(jìn)入堡壘，數(shù)學(xué)進(jìn)入金融領(lǐng)域受 到了一的排斥和漠視，然而為了追求利潤(rùn)，未知的恐懼顯得不堪一擊。于是，在未來我們可以想象有這樣一個(gè)充滿美好前景的產(chǎn)業(yè)鏈：金融市場(chǎng)--金融數(shù)學(xué)--計(jì) 算機(jī)技術(shù)。金融市場(chǎng)存在巨大的利潤(rùn)和高風(fēng)險(xiǎn)，需要計(jì)算機(jī)技術(shù)幫助分析，然而計(jì)算機(jī)不可能 大概，左右等描述性語言，它本質(zhì)上只能識(shí)別由 0 和 1 構(gòu)成的空間，金融數(shù)學(xué)在這個(gè)過程中正 好扮演了一個(gè)中介角色，它可以用精確語言描述隨機(jī)波動(dòng)的市場(chǎng)。比如，通過收益率狀態(tài)矩陣 在無套利的情形下找到了無風(fēng)險(xiǎn)貼現(xiàn)因子。因此，金融數(shù)學(xué)能幫助 IT 產(chǎn)業(yè)向金融產(chǎn)業(yè)延伸，并獲取自己的利潤(rùn)空間。

（3）感悟與體會(huì) 金融數(shù)學(xué)并不等價(jià)于金融專業(yè)，它是“金融高技術(shù)”的組成部分，是分析金融市場(chǎng)走向的 有力工具。在中國，這方面的專業(yè)人士極缺，現(xiàn)在很多高校都陸續(xù)開設(shè)了此課程。但是，因中 國的金融市場(chǎng)發(fā)展的比較晚，故很多高校畢業(yè)生很難有實(shí)踐的機(jī)會(huì)。那么大學(xué)生也就只能在書 本上學(xué)習(xí)一些西方國家的金融知識(shí)。大家都知道，金融是和數(shù)學(xué)打交道，數(shù)學(xué)知識(shí)必須學(xué)得很 扎實(shí)。但要讀懂西方國家的書籍，英語知識(shí)成為一個(gè)最大的障礙。據(jù)統(tǒng)計(jì) 國內(nèi)金融學(xué)專業(yè)的本 科生很難讀懂本專業(yè)的國際核心期刊《Journal of Finance》。這就給我們一個(gè)警示，要好就業(yè)，就要在學(xué)習(xí)時(shí)期充實(shí)自己，使自己變成一個(gè)全能性的復(fù)合型的人才。金融數(shù)學(xué)如果學(xué)得很 出色，那么就業(yè)不成問題，且待遇很不錯(cuò)，這值得我考慮。

三、數(shù)學(xué)建模 我們乘坐的先進(jìn)、舒適的大型噴氣客機(jī)的設(shè)計(jì)就離不開數(shù)學(xué)：機(jī)翼和機(jī)身通過分析計(jì)算才 能確定它們的最佳形狀；飛機(jī)的結(jié)構(gòu)通過數(shù)學(xué)嚴(yán)格的校驗(yàn)才能確保有足夠的強(qiáng)度；飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 事先要用數(shù)學(xué)方法對(duì)其氣動(dòng)和機(jī)械性能進(jìn)行分析和優(yōu)化才能確保安全高效地運(yùn)行。

如今數(shù)學(xué)不僅在各門自然科學(xué)和制造業(yè)、信息業(yè)、服務(wù)業(yè)等各種行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，而 且在國民經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃和預(yù)測(cè)，自然資源的勘探、開發(fā)和保護(hù)，交通和物資調(diào)配，氣象預(yù)報(bào)和各 種災(zāi)害的預(yù)報(bào)、防治以及醫(yī)學(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多領(lǐng)域中乃至日常生活中都顯示出舉足輕重的作 用。這一切促使人們對(duì)數(shù)學(xué)的重要性有了新的和更加深刻的認(rèn)識(shí)。在這樣的背景下，以計(jì)算機(jī)為工具、應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力將成為新世紀(jì)青年 重要的科學(xué)素質(zhì)。青年學(xué)生應(yīng)自覺提高這方面的能力，迎接未來的挑戰(zhàn)；數(shù)學(xué)教育工作者也應(yīng) 加強(qiáng)這種素質(zhì)的培養(yǎng)。

用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題除了掌握必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)以外還必須具備一定的能力。這里需要將現(xiàn)實(shí)問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)問題（又稱建立數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)建模），然后選擇合適的數(shù)學(xué)方法加 以求解；對(duì)求得的結(jié)果用適當(dāng)?shù)姆椒右则?yàn)證；最后將結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)問題，對(duì)某些現(xiàn)象加以 解釋，或作出預(yù)測(cè)，或用于設(shè)計(jì)，或控制某個(gè)過程等等。這些能力不是天生的，也不是單純通 過學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)就能獲得的，只能通過有意識(shí)的反復(fù)訓(xùn)練和實(shí)踐才能獲得。然而以往的數(shù) 學(xué)教學(xué)在這方面是欠缺的，有必要加以改革和完善。不論是用數(shù)學(xué)方法在科技和生產(chǎn)領(lǐng)域解決哪類實(shí)際問題，還是與其它學(xué)科相結(jié)合形成交叉 學(xué)科，首要的和關(guān)鍵的一步是建立研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，并加以計(jì)算求解。數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī) 技術(shù)在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的作用可謂是如虎添翼。數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué)，在它產(chǎn)生和發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，一直是 和各種各樣的應(yīng)用問題緊密相關(guān)的。數(shù)學(xué)的特點(diǎn)不僅在于概念的抽象性、邏輯的嚴(yán)密性，結(jié)論的明確性和體系的完整性，而且在于它應(yīng)用的廣泛性，自從 20 世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅 速發(fā)展和計(jì)算機(jī)的日益普及，人們對(duì)各種問題的要求越來越精確，使得數(shù)學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛 和深入，特別是在 21 世紀(jì)這個(gè)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)學(xué)科學(xué)的地位會(huì)發(fā)生巨大的變化，它正在從 國家經(jīng)濟(jì)和科技的后備走到了前沿。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化、計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，數(shù)理論與方法的 不斷擴(kuò)充使得數(shù)學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)代高科技的一個(gè)重要組成部分和思想庫，數(shù)學(xué)已經(jīng)成為一種能夠 普遍實(shí)施的技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識(shí)和能力已經(jīng)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要方面。數(shù)學(xué)建模是一種數(shù)學(xué)的思考方法，是運(yùn)用數(shù)學(xué)的語言和方法，通過抽象、簡(jiǎn)化建立能近似 刻畫并“解決”實(shí)際問題的一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段。數(shù)學(xué)建模就是用數(shù)學(xué)語言描述實(shí)際現(xiàn)象的過程。這里的實(shí)際現(xiàn)象既包涵具體的自然現(xiàn)象比 如自由落體現(xiàn)象，也包含抽象的現(xiàn)象比如顧客對(duì)某種商品所取的價(jià)值傾向。這里的描述不但包 括外在形態(tài)，內(nèi)在機(jī)制的描述，也包括預(yù)測(cè)，試驗(yàn)和解釋實(shí)際現(xiàn)象等內(nèi)容。我們也可以這樣直觀地理解這個(gè)概念：數(shù)學(xué)建模是一個(gè)讓純粹數(shù)學(xué)家變成物理學(xué)家，生物學(xué)家，經(jīng)濟(jì)學(xué)家甚至心理學(xué)家等等的過程。數(shù)學(xué)模型一般是實(shí)際事物的一種數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化。它常常是以某種意義上接近實(shí)際事物的抽象形式存在的，但它和真實(shí)的事物有著本質(zhì)的區(qū)別。要描述 一個(gè)實(shí)際現(xiàn)象可以有很多種方式，比如錄音，錄像，比喻，傳言等等。為了使描述更具科學(xué)性，邏輯性，客觀性和可重復(fù)性，人們采用一種普遍認(rèn)為比較嚴(yán)格的語言來描述各種現(xiàn)象，這種語言就是數(shù)學(xué)。使用數(shù)學(xué)語言描述的事物就稱為數(shù)學(xué)模型。有時(shí)候我們需要做一些實(shí)驗(yàn)，但這些 實(shí)驗(yàn)往往用抽象出來了的數(shù)學(xué)模型作為實(shí)際物體的代替而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)本身也是實(shí)際 操作的一種理論替代。建立教學(xué)模型的過程，是把錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問題簡(jiǎn)化、抽象為合理的數(shù) 學(xué)結(jié)構(gòu)的過程。要通過調(diào)查、收集數(shù)據(jù)資料，觀察和研究實(shí)際對(duì)象的固有特征和內(nèi)在規(guī)律，抓 住問題的主要矛盾，建立起反映實(shí)際問題的數(shù)量關(guān)系，然后利用數(shù)學(xué)的理論和方法去分析和解 決問題。這就需要深厚扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，敏銳的洞察力和想象力，對(duì)實(shí)際問題的濃厚興趣和廣 博的知識(shí)面。數(shù)學(xué)建模是聯(lián)系數(shù)學(xué)與實(shí)際問題的橋梁，是數(shù)學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的媒介，是數(shù)學(xué)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化的主要途徑。

總的來說，就單純的數(shù)學(xué)知識(shí)是很難就業(yè)的，我們必須把知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，這樣才能體現(xiàn)出數(shù)學(xué)的價(jià)值。像牛頓、愛因斯坦這樣的偉大科學(xué)家，他們?cè)谘芯繂栴}時(shí)無不以數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)。在近代的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，像馮·諾伊曼也是數(shù)學(xué)家?？梢姡瑪?shù)學(xué)推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步?，F(xiàn) 在學(xué)好數(shù)學(xué)知識(shí)，將來在其他領(lǐng)域?qū)⒂形覀兇箫@身手的時(shí)候。數(shù)學(xué)引領(lǐng)未來，世界因數(shù)學(xué)而精彩！

第二篇：學(xué)科前沿講座

學(xué)科前沿講座

專業(yè)班級(jí)： 光信13-3_

姓 名： 朱家興_

學(xué) 號(hào)： _10134425__

任課教師： 張國營(yíng)

2016年 11月 11 日

量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)

【摘要】量子計(jì)算的強(qiáng)大運(yùn)算能力使得量子計(jì)算機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景。該文簡(jiǎn)要介紹了量子計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀和基本原理，列舉了典型的量子算法，闡明了量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性，最后預(yù)測(cè)了量子計(jì)算及量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方向。

【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算；量子計(jì)算機(jī)；量子算法；量子信息處理 1.引言

在人類剛剛跨入21世紀(jì)的時(shí)刻！科技的重大突破之一就是量子計(jì)算機(jī)的誕生。德國科學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室研制成功5個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)，而美國LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行7個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)的試驗(yàn)【1】。它預(yù)示著人類的信息處理技術(shù)將會(huì)再一次發(fā)生巨大的飛躍，而研究面向量子計(jì)算機(jī)以量子計(jì)算為基礎(chǔ)的量子信息處理技術(shù)已成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。2.子計(jì)算的物理背景

任何計(jì)算裝置都是一個(gè)物理系統(tǒng)。量子計(jì)算機(jī)足根據(jù)物理系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)和規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的裝置【2】。量子計(jì)算足以量子計(jì)算目L為背景的計(jì)算。是在量了力。4個(gè)公設(shè)（postulate）下做出的代數(shù)抽象。Feylllilitn認(rèn)為，量子足一種既不具有經(jīng)典耗子性，亦不具有經(jīng)典渡動(dòng)性的物理客體（例如光子）。亦有人將量子解釋為一種量，它反映了一些物理量（如軌道能級(jí)）的取值的離散性。其離散值之問的差值（未必為定值）定義為量子。按照量子力學(xué)原理，某些粒子存在若干離散的能量分布。稱為能級(jí)。而某個(gè)物理客體（如電子）在另一個(gè)客體（姻原子棱）的離散能級(jí)之間躍遷（transition。粒子在不同能量級(jí)分布中的能級(jí)轉(zhuǎn)移過程）時(shí)將會(huì)吸收或發(fā)出另一種物理客體（如光子），該物理客體所攜帶的能量的值恰好是發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的差值。這使得物理“客體”和物理“量”之問產(chǎn)生了一個(gè)相互溝通和轉(zhuǎn)化的橋梁；愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系也提示了物質(zhì)和能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的因此。量子的這兩種定義方式是對(duì)市統(tǒng)并可以相互轉(zhuǎn)化的。量子的某些獨(dú)特的性質(zhì)為量了計(jì)算的優(yōu)越性提供了基礎(chǔ)。3.量子計(jì)算機(jī)的特征

量子計(jì)算機(jī)，首先是能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，是以原子量子態(tài)為記憶單元、開關(guān)電路和信息儲(chǔ)存形式，以量子動(dòng)力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計(jì)算，是指組成計(jì)算機(jī)硬件的各種元件達(dá)到原子級(jí)尺寸，其體積不到現(xiàn)在同類元件的1%。量子計(jì)算機(jī)是一物理系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)和處理關(guān)于量子力學(xué)變量的信息【3】。量子計(jì)算機(jī)遵從的基本原理是量子力學(xué)原理：量子力學(xué)變量的分立特性、態(tài)迭加原理和量子相干性。信息的量子就是量子位，一位信息不是0就是1，量子力學(xué)變量的分立特性使它們可以記錄信息：即能存儲(chǔ)、寫入、讀出信息，信息的一個(gè)量子位是一個(gè)二能級(jí)（或二態(tài)）系統(tǒng)，所以一個(gè)量子位可用一自旋為1/2的粒子來表示，即粒子的自旋向上表示1，自旋向下表示0；或者用一光子的兩個(gè)極化方向來表示0和1；或用一原子的基態(tài)代表0第一激發(fā)態(tài)代表1。就是說在量子計(jì)算機(jī)中，量子信息是存儲(chǔ)在單個(gè)的自旋’、光子或原子上的。對(duì)光子來說，可以利用Kerr非線性作用來轉(zhuǎn)動(dòng)一光束使之線性極化，以獲取寫入、讀出；對(duì)自旋來說，則是把電子（或核）置于磁場(chǎng)中，通過磁共振技術(shù)來獲取量子信息的讀出、寫入；而寫入和讀出一個(gè)原子存儲(chǔ)的信息位則是用一激光脈沖照射此原子來完成的。量子計(jì)算機(jī)使用兩個(gè)量子寄存器，第一個(gè)為輸入寄存器，第二個(gè)為輸出寄存器。函數(shù)的演化由幺正演化算符通過量子邏輯門的操作來實(shí)現(xiàn)。單量子位算符實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子位的翻轉(zhuǎn)。兩量子位算符，其中一個(gè)是控制位，它確定在什么情況下目標(biāo)位才發(fā)生改變；另一個(gè)是目標(biāo)位，它確定目標(biāo)位如何改變；翻轉(zhuǎn)或相位移動(dòng)。還有多位量子邏輯門，種類很多。要說清楚量子計(jì)算，首先看經(jīng)典計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)從物理上可以被描述為對(duì)輸入信號(hào)序列按一定算法進(jìn)行交換的機(jī)器，其算法由計(jì)算機(jī)的內(nèi)部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)【4】。經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)：

a其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是經(jīng)典信號(hào)，用量子力學(xué)的語言來描述，也即是：其輸入態(tài)和輸出態(tài)都是某一力學(xué)量的本征態(tài)。如輸入二進(jìn)制序列0110110，用量子記號(hào)，即10110110>。所有的輸入態(tài)均相互正交。對(duì)經(jīng)典計(jì)算機(jī)不可能輸入如下疊加Cl10110110>+C2I1001001>。

b經(jīng)典計(jì)算機(jī)內(nèi)部的每一步變換都將正交態(tài)演化為正交態(tài)，而一般的量子變換沒有這個(gè)性質(zhì)，因此，經(jīng)典計(jì)算機(jī)中的變換（或計(jì)算）只對(duì)應(yīng)一類特殊集。

相應(yīng)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的以上兩個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)分別作了推廣。量子計(jì)算機(jī)的輸入用一個(gè)具有有限能級(jí)的量子系統(tǒng)來描述，如二能級(jí)系統(tǒng)（稱為量子比特），量子計(jì)算機(jī)的變換（即量子計(jì)算）包括所有可能的幺正變換。因此量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)為：

c量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)和輸出態(tài)為一般的疊加態(tài)，其相互之間通常不正交；

d量子計(jì)算機(jī)中的變換為所有可能的幺正變換。得出輸出態(tài)之后，量子計(jì)算機(jī)對(duì)輸出態(tài)進(jìn)行一定的測(cè)量，給出計(jì)算結(jié)果。由此可見，量子計(jì)算對(duì)經(jīng)典計(jì)算作了極大的擴(kuò)充，經(jīng)典計(jì)算是一類特殊的量子計(jì)算。量子計(jì)算最本質(zhì)的特征為量子疊加性和相干性。量子計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè)疊加分量實(shí)現(xiàn)的變換相當(dāng)于一種經(jīng)典計(jì)算，所有這些經(jīng)典計(jì)算同時(shí)完成，并按一定的概率振幅疊加起來，給出量子計(jì)算的輸出結(jié)果。這種計(jì)算稱為量子并行計(jì)算，量子并行處理大大提高了量子計(jì)算機(jī)的效率，使得其可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法完成的工作，這是量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性之一。

4.量子智能計(jì)算

自Shor算法和Grover算法提出后，越來越多的研究員投身于量子計(jì)算方法的計(jì)算處理方面，同時(shí)智能計(jì)算向來是算法研究的熱門領(lǐng)域，研究表明，二者的結(jié)合可以取得很大的突破，即利用量子并行計(jì)算可以很好的彌補(bǔ)智能算法中的某些不足【5】。

目前已有的量子智能計(jì)算研究主要包括：量子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，量子進(jìn)化算法，量子退火算法和量子免疫算法等。其中，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和量子進(jìn)化算法已經(jīng)成為目前學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，并且取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)，下面將以量子進(jìn)化算法為例。

量子進(jìn)化算法是進(jìn)化算法與量子計(jì)算的理論結(jié)合的產(chǎn)物，該算法利用量子比特的疊加性和相干性，用量子比特標(biāo)記染色體，使得一個(gè)染色體可以攜帶大數(shù)量的信息。同時(shí)通過量子門的旋轉(zhuǎn)角度表示染色體的更新操作，提高計(jì)算的全局搜索能力。

目前量子進(jìn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如：工程問題、信息系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。同時(shí)，伴隨著量子算法的理論和應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，量子進(jìn)化算法等量子智能算法有著更大的發(fā)展前景和空間。

5.量子計(jì)算的應(yīng)用

1.量子疊加態(tài)的計(jì)算魅力。在經(jīng)典物理學(xué)中，物質(zhì)在確定的時(shí)刻僅有確定的一個(gè)狀態(tài)。量子力學(xué)則不同，物質(zhì)會(huì)同時(shí)處于不同的量子態(tài)上。因?yàn)樘幱诏B加態(tài)，這就意味著，量子計(jì)算一次運(yùn)算就可以處理210=1024個(gè)數(shù)（從0到1023被同時(shí)處理一遍）【6】。以此類推，量子計(jì)算的速度與量子比特?cái)?shù)是2的指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。一個(gè)64位的量子計(jì)算機(jī)一次運(yùn)算就可以同時(shí)處理264=***709551616個(gè)數(shù)。如果單次運(yùn)算速度達(dá)到目前民用電腦CPU的級(jí)別（1GHz），那么這個(gè)64位量子計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度將是世界上最快的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)（每秒33.86千萬億次）的545萬億倍。

量子力學(xué)疊加態(tài)賦予了量子計(jì)算機(jī)真正意義上的“并行計(jì)算”，而不像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣只能并列更多的CPU來并行。因此在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)需求強(qiáng)烈的今天，量子計(jì)算機(jī)越來越獲得互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的重視。

2.肖爾算法――RSA加密技術(shù)的終結(jié)者。1985年，牛津大學(xué)的物理學(xué)家戴維?德意志提出了量子圖靈機(jī)模型的概念。隨后貝爾實(shí)驗(yàn)室的彼得?肖爾于1995年提出了量子計(jì)算的第一個(gè)解決具體問題的思路，即肖爾因子分解算法。

我們今天在互聯(lián)網(wǎng)上輸入的各種密碼，都會(huì)用到RSA算法加密。這種技術(shù)用一個(gè)很大的數(shù)的兩個(gè)質(zhì)數(shù)因子生成密鑰，給密碼加密，從而安全地傳輸密碼。由于這個(gè)數(shù)很大，用目前經(jīng)典計(jì)算機(jī)的速度算出它的質(zhì)數(shù)因子幾乎是不可能的任務(wù)。但利用量子計(jì)算的并行性，肖爾算法可以在很短的時(shí)間內(nèi)通過遍歷算法來獲得質(zhì)數(shù)因子，從而破解掉密鑰，使RSA加密技術(shù)不堪一擊。

量子計(jì)算機(jī)會(huì)終結(jié)任何依靠計(jì)算復(fù)雜度的加密技術(shù)，但這不意味著從此我們會(huì)失去信息安全的保護(hù)。量子計(jì)算的孿生兄弟――量子通信，會(huì)從根本上解決信息傳輸?shù)陌踩[患。

6.量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景

目前經(jīng)典的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，解決很多難題。但依然存在一些難解問題，它們的計(jì)算需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，以致在宇宙時(shí)間內(nèi)無法完成【7】。量子計(jì)算研究的一個(gè)重要方向就是致力于這類問題的量子算法研究。量子計(jì)算機(jī)首先可用于因子分解。因子分解對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)而言是難解問題，以至于它成為共鑰加密算法的理論基礎(chǔ)。按照Shor的量子算法，量子計(jì)算機(jī)能夠以多項(xiàng)式時(shí)間完成大數(shù)質(zhì)因子的分解。量子計(jì)算機(jī)還可用于數(shù)據(jù)庫的搜索。1996年，Grover發(fā)現(xiàn)了未加整理數(shù)據(jù)庫搜索的Grover迭代量子算法。使用這種算法，在量子計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)未加整理數(shù)據(jù)庫Ⅳ的平方根量級(jí)加速搜索，而且用這種加速搜索有可能解決經(jīng)典上所謂的NP問題。量子計(jì)算機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)視覺，計(jì)算機(jī)視覺是一種通過二維圖像理解三維世界的結(jié)構(gòu)和特性的人工智能。計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要領(lǐng)域是圖像處理和模式識(shí)別。由于圖像包含的數(shù)據(jù)量很大，以致不得不對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種壓縮必然會(huì)損失一部分原始信息 參考文獻(xiàn)

1.王書浩，龍桂魯.大數(shù)據(jù)與量子計(jì)算

2.張毅，盧凱，高穎慧.量子算法與量子衍生算法 3.Deutsch D，Jozsa R.Rapid solution of problems by quanturm computation[C]//Proc Roy Soc London A，1992，439：553-558

4.吳楠，宋方敏。量子計(jì)算與量子計(jì)算機(jī)

5.蘇曉琴，郭光燦。量子通信與量子計(jì)算。量子電子學(xué)報(bào)，2004，21（6）：706-718

6.White T.Hadoop： The Defintive Guide，California：O’Reilly Media，Inc.2009：12-14

7.王蘊(yùn)，黃德才，俞攸紅.量子計(jì)算及量子算法研究進(jìn)展.

第三篇：學(xué)科前沿講座

聽學(xué)科前沿講座有感

學(xué)科前沿是指整個(gè)科技體系或?qū)W科群中居于主導(dǎo)地位具有帶動(dòng)其它科學(xué)發(fā)展并影響人們科學(xué)觀念轉(zhuǎn)變的學(xué)科。學(xué)科前沿是指某一學(xué)科中最能代表該學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)制約該學(xué)科當(dāng)前發(fā)展的關(guān)鍵性科學(xué)問題、難題及相應(yīng)的學(xué)說。

在即將畢業(yè)之際，即將踏入工作生涯，了解學(xué)科前沿是至關(guān)重要的。學(xué)院在這個(gè)時(shí)候給我們安排學(xué)科前沿講座，意義是非凡的，我們也應(yīng)該抓住這次機(jī)會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)學(xué)科前沿知識(shí)，為以后的工作生涯和人生打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。

因此在聽完三位老師的講座，不禁有感而發(fā)，對(duì)機(jī)械學(xué)科的前沿有了更深入的了解。

一、對(duì)我國汽車前沿的感悟

中國汽車發(fā)展歷程

新中國剛一成立就決定發(fā)展自己的汽車工業(yè)，1953年第一汽車制造廠破土動(dòng)工，毛澤東主席為奠基儀式親自題寫了“第一汽車制造廠奠基紀(jì)念”。1956年我國生產(chǎn)的第一輛汽車下線，毛主席又親自為其命名———解放，對(duì)于當(dāng)時(shí)工業(yè)整體水平非常落后的中國人來說，這確實(shí)是一次經(jīng)濟(jì)上的解放。1956年是中國汽車史上令人難忘的一年。5月，第一汽車制造廠試制成功東風(fēng)牌轎車，送往北京向黨的八大”獻(xiàn)禮，這是中國自制的第一部轎車，6月，北京第一汽車廠附件廠試制成功井岡山牌轎車，同時(shí)工廠更名為北京汽車制造廠。8月一汽又設(shè)計(jì)試制成功第一輛紅旗牌高級(jí)轎車，9月上海汽車配件廠試制成功第一輛鳳凰牌轎車。在大躍進(jìn)的年代，這幾輛稚嫩的國產(chǎn)轎車確實(shí)讓全國人民歡欣鼓舞了一陣子。

六七十年代，除了紅旗外，中國惟一大批量生產(chǎn)的轎車就是上海牌轎車。1964年，鳳凰牌轎車改名為上海牌，并對(duì)制造設(shè)備做了一系列改進(jìn)。首先制成了車身外板成套沖模，結(jié)束了車身制造靠手工敲打的落后生產(chǎn)方式，又以此為基礎(chǔ)制成各種拼裝臺(tái)，添置點(diǎn)焊機(jī)，實(shí)現(xiàn)拼裝流水線生產(chǎn)，轎車質(zhì)量得到穩(wěn)定和提高。1965年上海轎車通過一機(jī)部技術(shù)鑒定，批準(zhǔn)定型。到1979年，上海牌轎車共生產(chǎn)了一萬七千多輛，成為我國公務(wù)用車和出租車的主要車型。1972年起還對(duì)車身進(jìn)行了改型，并減輕了自重。1980年，該車年產(chǎn)量突破5000輛。1985年，已經(jīng)開始與德國大眾公司合資的上海轎車廠和嘉定縣聯(lián)營(yíng)另行建廠繼續(xù)生產(chǎn)上海轎車，并繼續(xù)做了一些技術(shù)改進(jìn)，一直生產(chǎn)到90年代。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，上海轎車支撐著國內(nèi)對(duì)轎車的需求，為社會(huì)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。但當(dāng)時(shí)我國的汽車工業(yè)是以載貨車為主導(dǎo)的，對(duì)轎車缺乏應(yīng)用的重視，這使得我國的轎車工業(yè)技術(shù)水平長(zhǎng)期處于極為幼稚的狀態(tài)。

改革開放后，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)轎車的需求越來越強(qiáng)，我國落后的轎車工業(yè)根本無法滿足這種需求。一時(shí)間，外國轎車洪水般涌入我國。1984年至1987年，我國進(jìn)口轎車64萬輛，耗資266億元。為了迅速提高中國轎車生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，我國汽車工業(yè)開始走上與國外汽車企業(yè)合作、引進(jìn)消化外國先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展道路。具體方式基本都是從進(jìn)口全部散件組裝開始，逐漸提高國產(chǎn)化率。純種的中國汽車也在不斷發(fā)展，長(zhǎng)城、吉利、奇瑞等車廠已經(jīng)發(fā)展壯大起來，技術(shù)也越來越好，反正自己孩子自己養(yǎng)，國人支持，他們肯定能做好。

中國汽車的發(fā)展方向

中國車企目前還處于開闊市場(chǎng)階段，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)方向看，提高自身產(chǎn)品才是第一要旨。所以中國汽車業(yè)將在逐步占領(lǐng)世界市場(chǎng)的同時(shí)，加強(qiáng)品牌建設(shè)，提高汽車質(zhì)量和性能，將中國從一個(gè)汽車生產(chǎn)大國向汽車研發(fā)大國轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代汽車電子化、智能化、多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用，不僅提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全和環(huán)保性，改善了行駛的穩(wěn)定性和舒適性，推動(dòng)了汽車工業(yè)的發(fā)展，還為電子產(chǎn)品開拓了廣闊的市場(chǎng)，從而推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。因此，大力發(fā)展汽車電子化、智能化、多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化，加快汽車電子化速度，是啟動(dòng)和振興汽車工業(yè)的重要手段。也是中國汽車零部件企業(yè)的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

二、礦用絞車前沿感悟

聽完李老師的講座，我深感到礦山機(jī)械設(shè)備的落后，據(jù)李老師所說，礦山設(shè)備要落后一般機(jī)械二十年。在那里生產(chǎn)的資源推動(dòng)著中國的發(fā)展，然而卻沒有人去推動(dòng)他們的發(fā)展。

在這里也深刻體會(huì)到我校老師獨(dú)自走入深山的寂寞，也希望國家和社會(huì)給予更多的關(guān)注，來回饋礦山，感知礦山。解救那些用生命換來工業(yè)糧食的礦山工人們，那些對(duì)礦上不離不棄的礦大人

三、中國礦業(yè)大學(xué)的機(jī)械電子的感悟

機(jī)電是中國礦業(yè)大學(xué)起步較早的一門學(xué)科，也是社會(huì)發(fā)展的一門前沿學(xué)科，機(jī)電控制、機(jī)電一體化和機(jī)電自動(dòng)化都是現(xiàn)代制造技術(shù)所必須的學(xué)科。在之前發(fā)展也是我校的強(qiáng)勢(shì)學(xué)科，但由于學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的不只是，導(dǎo)至學(xué)科人才流失，技術(shù)失傳，相對(duì)其他學(xué)校機(jī)械電子的大發(fā)展，而我校的機(jī)電學(xué)科有逆水行舟不進(jìn)則退之勢(shì)。加上學(xué)校對(duì)機(jī)電學(xué)科教學(xué)的忽視，導(dǎo)至學(xué)生對(duì)機(jī)電的不了解，在以后工作當(dāng)中對(duì)出現(xiàn)問題不知道如何去解決！在這里我也希望學(xué)校和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注一下機(jī)電學(xué)科的發(fā)展，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

小結(jié)

中國礦業(yè)大學(xué)有很大一批老師機(jī)械學(xué)科前沿，為礦業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)科發(fā)展付出了不懈的努力。希望學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)給予大力支持，支持機(jī)電學(xué)院的老師，支持礦大的機(jī)械學(xué)科的發(fā)展，支持機(jī)械學(xué)科的教育工作。讓我們更有能力去回饋礦山、感知礦山、去為那些為中國發(fā)展提供資源和生命的礦山人，為礦山安全、高效開采奉獻(xiàn)知識(shí)和生命

第四篇：學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

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凍脹融沉的分析與防范

（中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院 土木10-7班 陳輝 學(xué)號(hào)：02100498）

摘 要：工程建設(shè)是否對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面或不利影響, 是建設(shè)者和使用者所關(guān)注的問題。針對(duì)地鐵工程建設(shè)中涉及的凍脹融沉,從其產(chǎn)生的機(jī)理到影響因素進(jìn)行了細(xì)致的論述和分析,以及分析了凍脹融沉的相關(guān)影響因素，從本質(zhì)上分析了其特點(diǎn)，憑此制定了科學(xué)、合理的防范措施,并應(yīng)用于實(shí)踐,在施工中取得較好的效果。關(guān)鍵詞：凍脹融沉;分析;防范

在地鐵建設(shè)中, 煤礦凍結(jié)法作為一種土體加固方法被廣泛應(yīng)用,但凍結(jié)法的凍脹融沉是否對(duì)地鐵隧道及周圍環(huán)境產(chǎn)生影響,是建設(shè)者和使用者所關(guān)注的問題。為此,我們?cè)诒狈侥吵鞘械罔F聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工中,對(duì)凍脹融沉的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素進(jìn)行了認(rèn)真、細(xì)致的分析,結(jié)合工程實(shí)際情況,制定了科學(xué)、合理的防范措施,取得了較好的效果。凍結(jié)法凍脹分析

凍脹是指地鐵工程在土體加固過程中,由于凍結(jié)管對(duì)土體實(shí)施凍結(jié)作用,使土體中水分結(jié)冰而造成其體積膨脹的現(xiàn)象,在實(shí)際施工中, 不論對(duì)天然凍土區(qū)還是人工凍土區(qū),凍脹都是工程建設(shè)者所面臨的棘手問題。究其原因,主要是由于含水土體在凍結(jié)過程中, 一方面土中原位水發(fā)生凍結(jié),另一方面是未凍結(jié)水向凍結(jié)鋒面的遷移現(xiàn)象,從而引起土中水分的重新分布和析冰作用。土體的凍脹分為原位凍脹和分凝凍脹,由于原位水分凍結(jié)引起的凍脹量相對(duì)分凝凍脹來講十分微小, 因此, 我們本次所研究的土體凍脹主要指由水分遷移引起的分凝凍脹。1.1 凍脹的產(chǎn)生機(jī)理

分凝凍脹的產(chǎn)生機(jī)理包括土中水分遷移和成冰作用。土體在凍結(jié)過程中,一旦土體溫度低于土的起始凍結(jié)溫度, 土中就有部分液態(tài)水變成冰,但在土顆粒表面仍有一些作為吸附膜的未凍水存在,在溫度梯度引起的負(fù)壓梯度作用下,來自未凍土的水通過未凍水膜遷入凍土層內(nèi)。由于未凍水膜的厚度隨土溫的降低而減薄, 被遷移的水分因遷移受阻而逐漸在某個(gè)位置聚集。此時(shí),凍土中的未凍水含量是恒定的, 即在一定負(fù)溫下, 土顆粒外圍具有恒定的平衡水膜厚度。當(dāng)足夠的水分聚集起來時(shí),由于未凍水膜的厚度增大, 未凍水的自由能比冰的自由能高, 原來的熱力平衡狀態(tài)被破壞。在恒定的負(fù)溫下,土水體系通過多余的未凍水釋放自由能分凝成冰,而重新建立平衡狀態(tài)。隨著分凝冰晶便不斷積累,土體便產(chǎn)生了凍結(jié)膨脹。1.2 凍脹的影響因素

凍結(jié)過程中水分遷移和成冰作用是產(chǎn)生土體凍脹的直接因素,它們的強(qiáng)弱主要取決于土體顆粒的土質(zhì)、土中水分、溫度及荷載作用等因素。1.2.1 土顆粒組成對(duì)凍脹的影響

土粒表面力場(chǎng)的差異性影響著土凍結(jié)過程中水分遷移能力, 并導(dǎo)致凍脹變形各不相同。對(duì)于粗顆粒土來說,不存在土的礦物成分對(duì)凍脹的影響。在細(xì)顆粒土中,尤其是亞粘土、粘土, 這種影響顯著地表現(xiàn)出來。在水分、溫度及凍結(jié)條件大致相似的情況下, 各類土的凍脹性強(qiáng) 中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

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弱大致按下列順序遞減: 粉質(zhì)土、亞砂土> 亞粘土> 粘土> 礫石土(小于 0.05mm 粒徑的含量超過12%)> 粗砂> 砂礫石。1.2.2 土中水對(duì)凍脹的影響

試驗(yàn)和工程實(shí)踐證明,只有土中水分超過一定界限之后才會(huì)產(chǎn)生凍脹, 在外界條件相同的情況下, 土體含水量愈高,其凍脹的強(qiáng)度也就愈大。此外, 在沒有外界水源補(bǔ)給的封閉系統(tǒng)中,由于水分遷移受到了限制, 凍脹達(dá)到一定量時(shí)就不再增長(zhǎng),而在有水源補(bǔ)給的開放系統(tǒng)中,只要條件適宜,凍脹就會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。1.2.3 溫度對(duì)凍脹的影響

首先, 土溫降低引起水結(jié)晶、冰分凝,引起土體內(nèi)部液態(tài)水向凍結(jié)鋒面的不斷遷移。凍土土溫愈低,土體中未凍水含量愈少, 含冰量愈大。其次, 凍土的溫度梯度決定著水分遷移量的大小,凍土的溫度梯度愈小, 水分遷移量愈大;凍脹量愈大,溫度梯度愈大,水分遷移量愈小,凍脹量愈小。

1.2.4 荷載對(duì)凍脹的影響

荷載的增加會(huì)對(duì)土體的凍脹產(chǎn)生抑制作用, 首先,荷載的增加會(huì)使得土體的凍結(jié)溫度降低,要繼續(xù)維持土體的凍結(jié)狀態(tài), 則需要更低的凍結(jié)溫度。其次, 外部壓力的作用會(huì)引起土體內(nèi)水分的重分布。若荷載的增加超過凍結(jié)鋒面所產(chǎn)生的界面能量時(shí),水分則會(huì)從高應(yīng)力區(qū)的凍結(jié)鋒面向低應(yīng)力區(qū)發(fā)生反向遷移,使得土體凍脹急劇減少,甚至停止。融沉的分析

2.1 融沉的產(chǎn)生機(jī)理

凍結(jié)地層溫度上升, 凍土發(fā)生融化, 凍土中的冰晶融化成水, 土體體積縮小,加上土體原有結(jié)構(gòu)凍脹時(shí)形成的裂縫在融化時(shí)的閉合, 產(chǎn)生融化沉降;同時(shí)凍土在融化過程中未凍水含量隨地溫的升高而增加, 直至達(dá)到相變溫度點(diǎn),冰全部變成孔隙水, 當(dāng)未凍水含量增加到足以擺脫靜電作用時(shí),土體便在重力和上覆荷載的作用下發(fā)生排水固結(jié),土顆粒運(yùn)動(dòng), 孔隙度變小而壓密,產(chǎn)生固結(jié)沉降。融化終結(jié)后, 排水固結(jié)并不馬上結(jié)束, 而是繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間,直至土體固結(jié)沉降達(dá)到穩(wěn)定。凍土融化沉降的沉降量與外壓力無關(guān), 而融土固結(jié)產(chǎn)生的沉降與凍結(jié)過程中形成的土粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、冰融化成水釋放的自由孔隙空間以及上覆荷載的大小有關(guān)。通常壓密沉降與正壓力成正比, 一般凍土的融沉量要大于凍脹量,有時(shí)融沉?xí)優(yōu)橥幌?。融沉的不均勻性及突陷往往?huì)導(dǎo)致地表建筑結(jié)構(gòu)的破壞。2.2 融沉的影響因素

影響凍土融沉的主要因素有: 凍土的含水量(包括凍土中的未凍水和孔隙冰)、冷生構(gòu)造、干容重、上覆荷載等。2.2.1 含水量對(duì)融沉的影響

凍土含水量的大小是影響凍土融沉的關(guān)鍵因素, 其含水量包括凍土中的未凍水和孔隙冰兩個(gè)部分,各部分所占比重的大小視凍土所處的負(fù)溫而定,體積含冰量較大的富冰凍土融化時(shí)常產(chǎn)生突發(fā)性下沉變形, 而含冰量較少的貧冰凍土融沉?xí)r基本不會(huì)產(chǎn)生較大變形。2.2.2 冷生構(gòu)造對(duì)融沉的影響

凍土的融沉與凍土在凍結(jié)過程中所形成結(jié)構(gòu)有關(guān),凍土的結(jié)構(gòu)對(duì)土的融化沉降及壓密沉降有著直接的影響,通常來講呈整體狀構(gòu)造的凍土, 其產(chǎn)生的融沉一般不大,而凍結(jié)時(shí)呈層狀 中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

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或網(wǎng)狀構(gòu)造的凍土一般在融沉過程中會(huì)產(chǎn)生較大的沉降變形。2.2.3 干容重對(duì)融沉的影響

干容重對(duì)凍土融沉的影響是從另一面體現(xiàn)了凍土中含水量的融沉的影響, 凍土中含水量小時(shí), 干密度相對(duì)較大,土體中孔隙體積較少,這樣的凍土在融沉過程

中不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降變形;而在凍土含水量較大的情況下,凍土的干密度較小, 土體中孔隙體積相對(duì)較大, 該類凍土則在荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沉降壓縮變形。2.2.4 荷載對(duì)融沉的影響

荷載對(duì)融沉的影響主要體現(xiàn)在融土的固結(jié)過程, 隨著凍土中冰的融化,融土中含水量會(huì)逐漸增大, 形成超靜孔隙水壓力,試驗(yàn)表明, 融土在較大的荷載作用下, 孔隙水壓力會(huì)加速消散,隨著融土中孔隙水的排出, 孔隙的壓密,融土將產(chǎn)生較大的壓縮沉降。地鐵人工凍結(jié)土體凍脹融沉的特點(diǎn)

從以上的分析中可以看出,不論是人工凍土還是天然凍土,其凍脹融沉的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素都是相同的。但就人工凍土來講, 它除具有天然凍土的特征外,還具有其自身的一些特點(diǎn),主要表現(xiàn)在:(1)人工凍結(jié)土體所處地層多為淤泥質(zhì)土或粘土地層等,一般含水豐富,在這樣的地層環(huán)境下, 易產(chǎn)生較大的凍脹和融沉變形。

(2)凍結(jié)過程中,人工凍結(jié)器表面溫度通常低于-20 ,負(fù)溫梯度隨著凍結(jié)壁的擴(kuò)展由大變小, 凍結(jié)速度由快變慢, 凍結(jié)時(shí)間相對(duì)較短;在凍結(jié)土體融化過程中,周邊的土體溫度相對(duì)較低,溫度梯度較小, 但在其相鄰范圍的正溫土體的作用下,凍土溫度會(huì)快速升高, 在此相變過程中,由于凍結(jié)土體要吸收大量的熱量, 而周邊正溫土體傳導(dǎo)熱量的能力有限,使得凍結(jié)土體全部融化要經(jīng)歷相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。

(3)人工凍結(jié)土體具有三維凍融的特征, 在凍結(jié)過程中凍結(jié)鋒面的擴(kuò)展垂直于凍結(jié)管軸線方向, 冰晶分布平行于凍結(jié)管軸線方向;在凍土融化過程中, 熱量是由周圍土體或結(jié)構(gòu)向凍土內(nèi)部擴(kuò)散,凍土從周邊邊界開始融化。此外,人工凍結(jié)土體的凍融過程中水分的聚集和消散同樣具有明顯的三維特征。

(4)人工凍結(jié)壁作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)一般要承受一定的荷載作用, 在凍結(jié)過程中荷載通常對(duì)土體的凍脹具有一定的限制和約束作用,而在融沉過程中, 由于受荷載作用的影響, 融土中的孔隙水會(huì)迅速排出, 土體逐漸被壓實(shí)、壓密。制定防范措施

我們此次施工范圍內(nèi)土層主要為第四系全新中統(tǒng)相層粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和第四系上更新統(tǒng)三組相層粉質(zhì)粘土,其土層土質(zhì)松軟、結(jié)構(gòu)松散、孔隙比較大, 含水豐富、承載力低、容易壓縮和在動(dòng)力作用下易流變、土體內(nèi)聚力小等特點(diǎn), 在我們經(jīng)過對(duì)凍結(jié)土體凍漲融沉產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素充分分析及研究的基礎(chǔ)上,參照以往聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工經(jīng)驗(yàn),考慮到施工中將可能面臨或出現(xiàn)的各種問題, 有針對(duì)性的提出了以下技術(shù)控制要點(diǎn):(1)為防止凍結(jié)土體的凍脹融沉給隧道及地面帶來不利影響,在聯(lián)絡(luò)通道實(shí)施土體凍結(jié)前期, 根據(jù)凍結(jié)管的布置, 及時(shí)在凍結(jié)帷幕內(nèi)對(duì)稱設(shè)置數(shù)個(gè)壓力釋放觀測(cè)孔,凍結(jié)開始后根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行泄壓以防凍脹,保證聯(lián)絡(luò)通道開挖及結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量;開挖后,及時(shí)在結(jié)構(gòu) 中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

第 4 頁 的外層臨時(shí)支護(hù)(鋼格柵)背板后用水泥砂漿充填密實(shí),利用隧道或聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)的注漿跟蹤注漿加以補(bǔ)強(qiáng),以補(bǔ)償土層融沉,控制地表變形。

(2)由于混凝土和鋼管片相對(duì)于土層更易散熱, 并且會(huì)影響隧道管片附近土體的凍結(jié)質(zhì)量,從而影響凍土整體穩(wěn)定性和封土性。為此,我們考慮在冷凍區(qū)域隧道管片上鋪設(shè)保溫層,在其對(duì)面隧道管片加設(shè)冷凍板等保溫措施,切斷由于溫度變化,而出現(xiàn)外界水源補(bǔ)給的現(xiàn)象,以消除凍土帷幕可能存在影響安全的薄弱環(huán)節(jié)。

(3)加強(qiáng)凍結(jié)過程檢測(cè), 在凍土帷幕內(nèi)布置測(cè)溫孔,以便正確測(cè)定凍土帷幕厚度和判斷凍土帷幕是否交圈,并配合壓力釋放觀測(cè)孔進(jìn)行檢測(cè), 在凍脹達(dá)到一定壓力時(shí),及時(shí)泄壓,減少對(duì)周圍土體及隧道的影響。

(4)在凍結(jié)、開挖兩側(cè)隧道內(nèi)均增設(shè)環(huán)向預(yù)應(yīng)力支撐,以防打開聯(lián)絡(luò)通道留口管片時(shí), 隧道產(chǎn)生過大變形,而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

(5)在凍結(jié)過程中, 加強(qiáng)積極、維護(hù)凍結(jié)的質(zhì)量控制,使帷幕形成整體狀凍結(jié)土體, 消除后期冷生構(gòu)造對(duì)融沉產(chǎn)生的不利影響。

(6)由于凍土的蠕變形很強(qiáng),如遇凍土帷幕有明顯變形,溫度明顯回升, 立即用預(yù)制格柵加背板支撐,必要時(shí)調(diào)整開挖構(gòu)筑工藝,并同時(shí)加強(qiáng)凍結(jié),防止融沉過大,對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

(7)由于聯(lián)絡(luò)通道的開挖和支護(hù)層施工時(shí)間較凍土帷幕的化凍時(shí)間短,根據(jù)礦山井筒凍結(jié)經(jīng)驗(yàn), 由于偶然停凍對(duì)開挖安全不會(huì)產(chǎn)生大的影響。但是, 為了提高施工安全性,應(yīng)選用可靠的凍結(jié)施工設(shè)備。

(8)在聯(lián)絡(luò)通道集水井部分施工時(shí), 一般應(yīng)割除其內(nèi)凍結(jié)管,在此期間將結(jié)束人工凍結(jié),因此, 必須合理安排、保證連續(xù)施工, 盡量減少溫度對(duì)其影響,同時(shí), 加強(qiáng)停凍時(shí)的凍工帷幕監(jiān)測(cè),以便及時(shí)采取相關(guān)措施。

(9)由于人工凍結(jié)土體具有三維凍融的特征, 因此,在聯(lián)絡(luò)通道砼襯砌結(jié)構(gòu)中, 分別在結(jié)構(gòu)頂面、四周側(cè)面等處設(shè)置注漿孔,預(yù)埋注漿管,在施工后期, 采用注漿方式以補(bǔ)償解凍后出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與凍結(jié)土體間的孔隙, 消除融沉可能造成的變形,注漿應(yīng)配合凍土帷幕融化過程進(jìn)行, 開始可注粘土水泥漿。

(10)在整個(gè)施工及解凍過程中, 嚴(yán)密監(jiān)測(cè)隧道變形,特別是在解凍初期15d 內(nèi), 做好跟蹤補(bǔ)償注漿工作,當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常,應(yīng)及時(shí)在變形較大部位周圍或?qū)?yīng)面進(jìn)行注漿,確保隧道等安全。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

2005 年1月11日~ 2005年6月11日, 我們?cè)诒狈侥吵鞘械罔F聯(lián)絡(luò)通道Ⅰ區(qū)間、Ⅱ區(qū)間進(jìn)行了兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道(含集水井)的凍結(jié)法施工,由于聯(lián)絡(luò)通道上方10m左右為該城市主干道,施工期間,交通正常運(yùn)行,凍結(jié)前后上部荷載不會(huì)有較大變化, 在采取上述措施的同時(shí),除加強(qiáng)監(jiān)測(cè)外,未考慮荷載影響,鑒于聯(lián)絡(luò)通道所處位置上方分布有較多的建筑物等, 因此, 我們?cè)诘孛?、房屋、管線布置了 50個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),在隧道內(nèi)布置了162個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),從凍結(jié)鉆孔開始至施工結(jié)束后70d 左右進(jìn)行了地面變形、隧道內(nèi)沉降、水平、收斂等監(jiān)測(cè),以檢查聯(lián)絡(luò)通道在凍結(jié)前期、施工過程及后期,凍脹融沉是否給隧道及周圍環(huán)境帶來不利影響,我們從隧道內(nèi)162個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中, 選取24個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。從凍結(jié)開始至解凍脹融沉的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看, 凍結(jié) 中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)學(xué)科前沿講座課程報(bào)告

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周圍的土體發(fā)生或多或少的變形,其中隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)值均控制在-10~ 10 mm 以內(nèi),另從地面監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)看,地面沉降值均控制在-30~ 10 mm 以內(nèi),凍漲基本發(fā)生在凍結(jié)期, 其中波動(dòng)主要在凍結(jié)30d 以后,融沉發(fā)生在解凍后,解凍周期一般為1~ 2個(gè)月,在此期間, 變形波動(dòng)緩慢、平穩(wěn),因此,在施工中嚴(yán)格按照科學(xué)、合理的施工方案進(jìn)行施工與控制,凍脹、融沉不會(huì)對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生不利或負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：汽車學(xué)科前沿講座報(bào)告

本周的學(xué)科前沿講座使我們又回顧了不就前剛剛學(xué)過的汽車構(gòu)造這么學(xué)科，讓我又有了新的收獲和理解。汽車學(xué)科前沿講座報(bào)告

汽車的發(fā)展史

卡爾·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日－1929年4月4日），德國著名的戴姆勒－奔馳汽車公司的創(chuàng)始人之一，現(xiàn)代汽車工業(yè)的先驅(qū)者之一，人稱“汽車之父”、“汽車鼻祖”。

1890-1920 馬車過渡到汽車，金屬車身出現(xiàn) 1885年，德國工程師卡爾?本茨制成了世界上第一輛三輪車，并于1886年1月29日申請(qǐng)并獲得了發(fā)明專利，所以，1886年1月29日被認(rèn)為汽車的誕生日。幾乎同時(shí)，,德國工程師戈特利布·戴姆勒也成功研制成一輛公認(rèn)的以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的四輪汽車.1894年奔馳velo是最早的量產(chǎn)汽車.進(jìn)入20世紀(jì)以后，汽車不再僅是歐洲人的天下了，特別是亨利.福特(HeneryFord)在1908年10月開始出售著名的“T”型車時(shí)，這種車產(chǎn)量增長(zhǎng)驚人，短短19年，就生氣1500輛。此間的1913年福特汽車公司還首次推出了流水裝配線的大量作業(yè)方式，使汽車成本大跌，汽車價(jià)格低廉，不再僅僅是貴族和有錢人的豪華奢侈品了，它開始逐漸成為大眾化的商品。也是此時(shí)開始，美國汽車便成為世界寵兒，福特公司也因此成為名副其實(shí)的汽車王國。所以，人們說，汽車發(fā)明于歐洲，但獲得大發(fā)展那是在本世紀(jì)初30年代的美國。福特采用流水作業(yè)生產(chǎn)汽車，在汽車發(fā)展史上樹起了第三塊里程碑。

汽車基本知識(shí)

汽車一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備等四個(gè)基本部分組成.發(fā)動(dòng)機(jī)：是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器。無論是汽油機(jī)，還是柴油機(jī)；無論是四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，還是二行程發(fā)動(dòng)機(jī)；無論是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，還是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。

汽車底盤構(gòu)造 : 底盤： 底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證 正常行駛。底盤由 傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系 四部分組成

汽車車身：是指汽車的外殼,內(nèi)飾,坐椅等.汽車電器設(shè)備電氣設(shè)備： 汽車電氣設(shè)備主要由蓄電池、發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)器、起動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火系、儀表、照明裝置、音響裝置、雨刷器等組成。

發(fā)動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)是機(jī)體，其他構(gòu)件都是安裝在機(jī)體上。主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)，燃油供給系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，汽油機(jī)有點(diǎn)火系統(tǒng)，以及電子控制系統(tǒng)等。

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（Gasoline Engine），是以汽油作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。由于汽油粘性小，蒸發(fā)快，可以用汽油噴射系統(tǒng)將汽油噴入氣缸，經(jīng)過壓縮達(dá)到一定的溫度和壓力后，用火花塞點(diǎn)燃，使氣體膨脹做功。汽油機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，造價(jià)低廉，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用維修方便。汽油機(jī)在汽車上，特別是小型汽車上大量使用，至今不衰。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是功率大、經(jīng)濟(jì)性能好。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多相同的地方，每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程。但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。

汽車前沿技術(shù)

汽車的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志，隨著消費(fèi)者對(duì)汽車功能和性能要求的日益提高，汽車正在逐漸由機(jī)械系統(tǒng)向電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，目前全球汽車電子產(chǎn)業(yè)面臨著高速增長(zhǎng)的機(jī)遇。在國外，電子系統(tǒng)已占到一輛普通轎車總成本的30%，在高級(jí)轎車上比例更高，在國內(nèi)，中高級(jí)轎車電子裝置的配置已經(jīng)接近或達(dá)到了國外汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家水平。但我國汽車電子業(yè)總體上還與國外有很大差距，需要加大研究投入的力度。汽車電子技術(shù)經(jīng)過兩個(gè)階段的發(fā)展，現(xiàn)正處在第三個(gè)階段。第一階段的汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器，并開始由分立電子元件產(chǎn)品向集成電路產(chǎn)品過渡；第二階段則主要采用集成電路和8位微處理器開發(fā)汽車專用的獨(dú)立控制系統(tǒng)；第三階段開始于20世紀(jì)90年代，汽車電子設(shè)備廣泛采用16位或32位微處理器進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。在該階段出現(xiàn)了很多新的技術(shù)研究領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。

線控技術(shù)DBW

汽車的各種操縱系統(tǒng)正向電子化、自動(dòng)化方向發(fā)展，在未來的5～10年里，傳統(tǒng)的汽車機(jī)械操縱系統(tǒng)將變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。如汽車將采用電氣馬達(dá)和電控信號(hào)來實(shí)現(xiàn)線控駕駛、線控制動(dòng)、線控油門和線控懸架等，采用這些線控系統(tǒng)將完全取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的液壓和機(jī)械控制。

CAN總線網(wǎng)絡(luò)

隨著電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多，車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及廉價(jià)性是對(duì)汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，控制改善汽車某一方面的性能，同時(shí)在其它處理機(jī)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要依靠總線傳輸技術(shù)。汽車總線傳輸是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來，從而構(gòu)成的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。其優(yōu)點(diǎn)有：減少了線束的數(shù)量和線束的容積，提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；采用通用傳感器，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的；改善了系統(tǒng)的靈活性，即通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化。CAN總線是德國博世公司在20世紀(jì)80年代初開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式，使CAN總線具有很高的可靠性和抗干擾性，滿足了汽車對(duì)總線的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。

機(jī)自

07-9班

王淼03071213