爱华网提 要
本文讨论并提出数字技术与数学科学的内在联系。并根据实际的分析和研究，认为数字化技术只是信息化促进科技发展的一个阶段，尽管数字技术已经并将继续推动科技和生产力的发展速度。
主题词：数字技术；数字化程序设计；应用数学；科技发展。
序 言
数字化和信息化有密不可分的联系，进而影响着科技进步的现代化进程。在上世纪末，美国麻省理工学院教授、媒体实验室负责人尼葛洛庞帝出版了《数字化生存》④一书，引起了世界范围的广泛讨论⑥。在新千年到来之际，1999年12月，美国的副总统戈尔曾在加利福尼亚科学中心作了“数字地球——认识我们这颗星球”的演讲⑥；2000年6月5日光明日报报道了中国国家主席江泽民在接见中科院、工程院部分院士时，也提到“数字地球”这一概念⑥。在新世纪的新经济时代，推动时代发展的根本力量，仍必将是信息化和科技进步推动的全球经济一体化。对科技进步的现状（包括数字技术）与经济发展前景的联系，会引起人们的各种思考。一方面，数字技术对推动科技进步（以新颖性、创造性、实用性为标准）带来的机遇，不容忽略；另一方面，人类综合能力、实践能力和创新能力的提高，也会推动数字信息化在更宽阔的领域里有所新的创造。
一、数字技术把数学和物理有机结合了起来
李政道博士曾经讲过，（上世纪）的科学门类繁多，总体可以归于数学和物理两类。我们认为①，数学可以被理解为指导思维（特别是创新思维）的科学；而人类对外部的物质世界的被称为“物理”的研究，可以归纳为对物质运动所表现出的信息进行“整理”和“条理”的工作。物质运动的信息，来自物体之间的相互作用，大致可以分为物体之间的力的相互作用、物质分子间的统计分布和热运动、电和磁的作用及其它们相互转换、物质间的光的作用及其传递、物质原子之间和原子内各粒子的相互作用等。简称为力、热、电、光、原子几个大的门类。而使人类认识世界的信息，75%以上来自视觉。[中科院李启虎院士在《院士思维》的访谈中甚至提出：“人类获得信息的主要来源是听觉（约占5%）与视觉（约占90%），其它还有味觉、触觉及嗅觉等。”]⑥。在我们已经告别的20世纪，电子技术相对发达，人们常常使用模拟的电子技术对各种信息进行分析：通过传感器把力的作用转化为电信号、通过热敏元件把热运动信息转化为电信号、电磁间的相互转化也多是通过电信号来进行分析、通过光电转化把光信号转化为电信号、对原子层面的研究也多是通过各种粒子模型以电子伏特为单位进行的。模拟技术的特点是对信息在时间上不分间隔，在幅度上不分层次，结合各种不断完善的误差分析方法，近似地反映物质的基本特性，抽象和概括地反映物质运动传送的信息。电子模拟技术为二十世纪科技的发展起到了巨大的推动作用，因此，有时人们也把这个时代称为电子时代。
然而到了上世纪的后半叶，从六十年代开始，计算机技术的迅猛发展，空前地推动了信息处理的数字化技术，有人称之为“数字化革命”。在《数字化生存》④这本书中，充分展示了数字化革命将引起的对人类生活的巨大冲击和全新景象。目前，对大量非专业人士来说，对于数字化信息处理的概念，多来自消费电子领域，如数字通讯网等；而实际上，随着数字信息处理的理论与技术日趋完善，数字信息处理的应用领域几乎涵盖了国民经济和国防建设的所有领域，包括雷达、声呐、通讯、航天、海洋、微电子、计算机、人工智能和消费电子的各个方面。数字化浪潮正席卷全球的各个角落和领域，数字化信息处理技术正在使人类的生活质量提高到空前的水平。对于非专业人士来说，数字化革命是最近十几年发生的事情，实际上，随着六十年代计算机技术的迅猛发展，七十年代微电子技术的惊人进步，信息的数字化处理技术已经有了前所未有的发展速度⑥。追朔到1948年，美国著名数学家香农的一篇论文“通讯的数学理论” ⑤，他第一次提到了数字化信息是以“比特”（bit）为基本单位的近代数学，并依此提出了一系列近代信息论的基本思想，为数字化技术奠定了理论基础⑥。《数字化生存》④一书中又把“比特”比喻为信息领域的DNA，表达了一种更加深刻的信息论观点⑥。
信息的数字化技术，从根本上是包括了两个步骤：一个是信号在时间上的离散化，即采样；另一个是幅度上的离散化，即分层或量化。数字化后的信号，大大方便了信息的采集、存贮、滤波、传输、复制、增强、压缩、估计、识别和变换，又由于采取两进制，从而大大方便了计算机应用，形成了各个应用领域交叉和理论与技术互相推动的良好局面。其成果包括分层的压扩技术、采样和抽取技术、数字滤波理论、FFT（快速傅立叶变换），数字图像处理、模式识别、专家系统、宽带通讯网络、多媒体技术等等，其中的数字图像处理技术，不仅是数字信号处理技术推延到二维平面或三维立体空间分布的研究，而且也包括了人们的心理因素在识别过程中的作用，在这里“图”是表示物体信息的客观分布，“像”是人的视觉系统对图形的接受方式，乃至在大脑中形成的认识和印象③。信息化革命涉及到了人们对自身的认识和研究。而从根本上讲，数字信号处理是必须通过各种数学变换（DFT、FFT和Z变换等）来完成的。数字化革命实质将数学和物理有机结合了起来。
二、创新是推动科技发展的动力
创新是一个民族的灵魂，是一个国家永远兴旺发达的不竭动力。上个世纪中叶，当发展中国家正在为民族的独立，为免受列强对资源的掠夺、劳动的剥削而斗争的时候，在民族斗争和阶级斗争日渐白热化，经过了两次世界大战都未见调和的时候，人们都关注着世界的未来。一些国家的人民和有识之士却开始独立思考、独辟蹊径，发现了人类不断创新的科学技术，对社会发展的巨大推动力。这些国家不仅开始加强教育并搜罗人才，也加强了人文和自然科学、工程技术结合的全方位的文化建设。相继兴起了专门探讨创造发明活动的一般规律和应用方法的研究，掀起了诸如发明学、创造学与创造工程学的研究热潮。特别美、日、德等国，在上世纪末，则进一步加大了工程技术与金融、经济和文化艺术的综合研究力度，不断探讨在信息时代里，人类不断的创新思维和从事创造发明活动的方法。这些思维方法本身，常常比获得的成果更有价值。
在从创新思维到创造性实践的过程中，数学在思维和实践中都占有重要的位置。科学家张钟华院士说过：“我运用各种经典和现代的数学工具解决了科研工作中的诸多问题。所研讨的问题层次越高，这一点也越明显”。我们认为，数学既是对实践的抽象、归纳和总结，也是能够使实践具体化、精细化和严谨的艺术。数学很可能会是科学技术中广义的软件，也会是创新思维中广泛的工具。中央民族大学邢富冲教授强调“数学是科学之首”。数学作为一切自然科学、工程技术和数量化社会科学的共同基础，不论是在外国还是在中国，都在显示出越来越强大的生命力和不可或缺的重要性。英国数学家Alan Mathison Turing和匈牙利数学家Johnvon Neumann，由于他们良好的数学基础而为计算机的发明和应用做出了奠基性的贡献；法国数学家Debreu，由于他在数学方法方面的贡献而获得了1983年的诺贝尔经济学奖；1994年三位诺贝尔经济学奖得主都是数学家；物理学家Cormack由于把数学中的一种变换应用于CT研究而获得诺贝尔医学奖；数学博士Houptman由于把他的数学知识应用于X射线结晶学的研究而获得了诺贝尔化学奖。50年代我国火箭与导弹技术研究领域的带头人庄逢泉是一位数学家；60年代我国在核技术领域作出杰出贡献的庄毓麟是一位数学家；70年代在汉字激光照排研究中取得巨大突破、现为中国科学院和中国工程院双院士的王选，也是一位数学家。数学不仅是锻炼思维能力的体操，而且在科学技术和国民经济中处于其它学科无法替代的战略地位。因而，不论是西方发达国家还是我国学术界的权威人士，都认为今日辉煌的高技术本质上是数学技术。
数学系统通过统一表达的体系和过程，成为社会思想交流的全球化的工具，因此更有利于全球科技发展的一体化和科研公正和公平的发展。数学之对数字技术，不仅是基础也是动力，因为数字化技术或数字化革命，给社会科技进步带来的不仅是精度、速度和程度上的加速发展，（如数字信号处理精度高、灵活性高、可靠性强等公认优点），也是对应用电子学、应用光学等新成果和新方法大量应用的推动；科学实验和社会方案将会在快捷的时间内，模仿运行后再投入人们的社会实践；通讯的发展将使人类活动在更大范围内互通有无；学术垄断将会被便捷、自由的学术讨论所取代；战争的“前方”、“后方”将主要取决于战略的角度，而不再是地理位置的前后；信息的真假之判断将成为军事战术和技术引进工作的主要内容③。在数学基础推动的创新思维面前，科学知识将不断更新，技术方案也将不断被比较和完善，科技发展将会出现崭新的局面。计算机-数字模式处理的方法、物理模拟的方法、数学模型的方法、生物模仿的方法都将成为科技创新的重要的途径。
三、数字技术也会随着科技进步而不断发展
人类通过对信息的处理认识世界，通过对信息的应用实践改造世界，因此，我们可以认为，信息处理的数字化技术，也会和其他任何事物的规律一样，它只会是信息处理的一个阶段：反映了从模拟到数字的飞跃。数字处理决不是信息处理方法的终极方案，也不是没有缺陷的方案②（比如它不便于处理很高频率的信号等）。对于已经到来的新世纪，与其说是数字化时代，不如说是新经济的信息时代：说“知识经济”时代体现了对信息甄别为知识并加以使用的特性；说“科教兴国”体现了对信息挖掘和传播的应用特性；说“数字地球”体现了对信息资源共享和利用的全球经济一体化特性。数字化推动了信息时代，会使科技发展进度更快，反过来科技进步又将有更多新发现、新发明。戈尔曾说，把地球所有数据存贮起来需要1千万亿字节⑥。我们不妨思考一下：目前最高级的光盘容量为10亿字节，那就是说有一百万张这样的光盘，就将穷尽地球上的所有信息。这显然是提出了一个问题：不是戈尔的统计有误，就是数字信息处理技术还有涉及不到的信息。因为事物总是要发展的，有发展就有新的信息量，而且人们使用的信息量越快，新的信息就越大，怎么可能一百万张光盘就把数字地球完整地和固化地存贮起来了呢？信息处理必将有比数字化更进步的方法，因此数字化只能是信息处理的一个阶段。信息处理技术不仅需要快速运算的设备基础——对此发达国家有优势并以通用标准形式形成垄断；也十分需要综合分析的能力——对此数学基础较好和勤于创新的中国人民也有优势。我国在数字理论与研究方面的成就令人瞩目，从“曙光1000”并行计算机、合成孔径雷达，到数字化声呐、“04”程控交换机等等，但常常显得异军突起，数学能力和工程实践配合不足。相对于从1998年全球信息产业总值14700亿美元和2000年的信息产业将超过3万亿美元的庞大市场来说，我们需要综合和全面地发展数字信息产业，才可能产生效益，需要不断推陈出新和大胆地在应用领域创新，才可能在世界信息产业市场占有一席之地。
应该适应时代特点，在专业教育基础上提高综合能力和实践能力，不断创新，有所创造。对于基本被认同的摩尔定理（指英特尔公司创始人摩尔提出：微处理芯片每隔18个月性能提高一倍，价格反降1/2），英国科学家福来斯特在《高技术社会》一书中发出感叹：“如果汽车与飞机行业也像计算机行业这样发展，那么今天一辆罗尔斯·罗伊斯汽车成本价格只有2.75美元；跑300万英里仅用一加仑汽油。而一架波音767飞机的价格只需500美元，用5加仑汽油在20分钟内便可环绕地球一周”。应该认识到，飞速发展的信息资源还没有能在产业化生产以及科学研究实践中被充分应用，随着全球互联网的建立和完善，网上新的科研信息、实验室成果已能够较为方便地为正在进行中的工程和经济活动起到推动和改进的作用，其经济学价值突现！进一步显示了“科学技术是第一生产力”的力度。我们认为，在新经济时代，科技进步是根本，数字化技术只是手段。建立“科技经济学”将会研究“技术经济学”（对成型技术的经济学研究）所不易包括的新问题⑥：包括科学信息在经济决策中的新作用，也包括实用程序化的计划、步骤等决策方法的经济学价值等。
总之，数字化技术对人类的贡献已经十分明显，而信息处理的数学方法对科学技术的推动作用更是不可估量的：从航天中的资源遥感卫星，到生物医学中的射线CT、超声CT、核磁共振CT；从通讯中的数字传真，可视数据，到工业上的自动控制、无损探伤，从公安上的判读分析、图像传输到艺术上的数字合成与编辑，数字化革命已经渗透到了人类生活和工作的各个方面。而且，人类正以信息处理主宰者的姿态，不断实践，绘制着自己更加丰富多彩的光明未来！
参考文献：
1、石践（李冰）著 《发明创造离我们有多远》 知识产权出版社 2001.9
2、李慧文等 网络工程 电子工业出版社 1998
3、李冰 关于主动防治计算机病毒的几点探讨，中央民族大学学报 2001.2.170页
4、尼葛洛庞帝著 《数字化生存》 科学出版社 1998.6
5、程佩清著 《数字信号处理教程》清华大学出版社 1999.9
6、李冰 张善明著 《新经济与创新思维》原子能出版社 2001.12
Digital Technology For Scientific Development
Li Bing
(Department of physics, Central University for Nationalities, Bejing,100081)
Abstract
The theses have set forth the ideas on lineal relations for Digital Technology and Mathematics. By means of analyzing some examples，It put for ward that Digital Technology is only one step for Information Technology, as it useful for Science Development.
Keywords：Digital Technology ; Procedure design; Appled Mathematics; S&T
