20電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生發(fā)展和應(yīng)用

1、第十九章,電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用,序,電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，不僅對(duì)數(shù)學(xué)，而且對(duì)科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有劃時(shí)代的意義?！爸R(shí)爆炸”也罷，“第三次浪潮”也罷，無(wú)一不涉及電子計(jì)算機(jī)。因此，電子計(jì)算機(jī)科學(xué)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了數(shù)學(xué)范圍。但由于它的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用與數(shù)學(xué)聯(lián)系十分緊密，所以在這里專(zhuān)章簡(jiǎn)述。,§1 電子計(jì)算機(jī)的誕生,１、歷史的回顧任何一種偉大的發(fā)明都不是一個(gè)早晨突然出現(xiàn)的。手指，結(jié)繩，刻痕，石塊計(jì)算工具：算籌、算盤(pán)巴斯卡16

2、42年設(shè)計(jì)并制成了世界上第一臺(tái)真正的機(jī)械式計(jì)算機(jī)——加法器萊布尼茨研制出一臺(tái)能進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算的手搖計(jì)算機(jī)；最早提出了二進(jìn)制。,巴貝奇（C.Babbage,1792-1871）,巴貝奇是世界上提出通用程序控制數(shù)字計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的第一人。巴貝奇在1812年創(chuàng)建“劍橋分析學(xué)會(huì)”，對(duì)19世紀(jì)英國(guó)數(shù)學(xué)的復(fù)興貢獻(xiàn)良多。巴貝奇為研制他所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)付出了后半生的主要精力和財(cái)產(chǎn)，甚至不惜辭去榮譽(yù)極高的盧卡斯教授席位。,評(píng)價(jià),巴貝奇的努力，確如

3、曇花一現(xiàn)。他的思想，只是在一百年后才在電子學(xué)發(fā)達(dá)的二十世紀(jì)大放異彩。 他沒(méi)有成功，只是因?yàn)樗吹酶h(yuǎn)。只有三個(gè)人堅(jiān)信他。他們是1867年當(dāng)選為統(tǒng)一意大利總理的閔那布利（F.Menabrea）,英國(guó)著名詩(shī)人拜倫的獨(dú)生女——拉甫雷斯伯爵夫人，第三個(gè)就是巴貝奇的兒子。他創(chuàng)造的光輝的精神財(cái)富全部被鎖進(jìn)了歷史博物館。巴貝奇是一位孤獨(dú)的先驅(qū)者。,艾達(dá)·拜倫（Ada Byron）,即拉甫雷斯夫人，詩(shī)人拜倫的獨(dú)生女。她是當(dāng)時(shí)能理解并

4、支持巴貝奇計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的少數(shù)人之一。艾倫·拜達(dá)為巴貝奇的“分析機(jī)”編制的某些函數(shù)計(jì)算程序，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)的先河。,2、第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的背景,1847年，英國(guó)著名數(shù)學(xué)家布爾創(chuàng)立了邏輯代數(shù)，為現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和制造奠定了理論基礎(chǔ)。特別在本世紀(jì)以來(lái)，電子技術(shù)趨于成熟，電器元件可以作為機(jī)器構(gòu)件來(lái)代替齒輪，于是計(jì)算機(jī)的新時(shí)代開(kāi)始了。在第二次世界大戰(zhàn)中，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的迫切需要，火箭、原子能等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)正迅猛地發(fā)展，急需

5、解決一些復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，而繼電計(jì)算機(jī)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能勝任了。于是，電子計(jì)算機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生了。,圖靈（A.Turing,1912-1954）,圖靈不僅提出了理想計(jì)算機(jī)的概念，而且參與了實(shí)際的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。他參與研制的“巨人號(hào)”（GOLOSSUS）專(zhuān)用電子計(jì)算機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中，被用于破譯德軍密碼而立下戰(zhàn)功，圖靈因此榮獲英國(guó)最高榮譽(yù)勛章。,布爾（1815.11.2-1864.12.8）,英國(guó)數(shù)學(xué)家,邏輯學(xué)家,生于愛(ài)爾蘭的林肯城。曾在中學(xué)教書(shū)，并

6、創(chuàng)辦了一所中學(xué)。后獲柏林大學(xué)和牛津大學(xué)的名譽(yù)博士學(xué)位。1857年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，并獲皇家獎(jiǎng)?wù)隆２紶枌?duì)數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)很大，并是數(shù)理邏輯的創(chuàng)始人之一。對(duì)概率論、拓?fù)鋵W(xué)、控制系統(tǒng)等也取得了很大成果。,馮·諾依曼與第一臺(tái)通用程序控制電子計(jì)算機(jī)ENIAC,,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī),世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)是在1943年，由美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)總工程師?？颂睾臀锢韺W(xué)家莫希萊提出報(bào)告，在數(shù)學(xué)家馮·諾依曼的幫助下，于1945年底研制結(jié)

7、束，1946年2月15日第一次公開(kāi)表演，宣告正式運(yùn)行。這臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“電子數(shù)值積分和自動(dòng)計(jì)算機(jī)”，簡(jiǎn)稱ENIAC。 ENIAC占地170平方米，重30噸，擁有18000個(gè)電子管，每小時(shí)耗電150千瓦，費(fèi)用48萬(wàn)美圓，運(yùn)算速度為每秒5000次。存在有不能令人滿意的地方，但它畢竟是計(jì)算工具革命性發(fā)展的開(kāi)始，從而開(kāi)辟了電子計(jì)算機(jī)的新紀(jì)元。,§2 電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)從誕生至今，僅有60余年，但它的發(fā)展日新月異，現(xiàn)已更

8、新了四代。目前，一些先進(jìn)國(guó)家已著手進(jìn)行第五代高智能化的電子計(jì)算機(jī)的研究。,第一代是電子管時(shí)代（1946—1956）。,第一代是電子管時(shí)代（1946—1956）。這一代計(jì)算機(jī)所采用的電子元件基本上是電子管。其二進(jìn)制程序貯存等基本技術(shù)思想，奠定了現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)。由于這一代計(jì)算機(jī)的造價(jià)高，數(shù)量少，應(yīng)用范圍局限于與軍事有關(guān)的科研計(jì)算,第二代晶體管時(shí)代（1956—1962）。,第二代晶體管時(shí)代（1956—1962）。這一代計(jì)算機(jī)的邏輯元

9、件和邏輯線路均采用分立的晶體管元件。,第三代是中小規(guī)模集成電路時(shí)代（1962—1972）。,第三代是中小規(guī)模集成電路時(shí)代（1962—1972）。人們把多個(gè)晶體管、電阻器等元件集合為一個(gè)整體，做在一個(gè)很薄的硅片上，而制成門(mén)電路、觸發(fā)器等具有一定邏輯功能的電路器件，這就是所謂中小規(guī)模集成電路。,第四代是大規(guī)模集成電路時(shí)代（1970至今）。,第四代是大規(guī)模集成電路時(shí)代（1970至今）。一般來(lái)說(shuō)，在一塊硅片上集成100個(gè)門(mén)電路以上或上千個(gè)晶體管

10、元件以上的集成電路叫做大規(guī)模集成電路。,第五代人工智能計(jì)算機(jī),現(xiàn)在，人們競(jìng)相研制的第五代人工智能計(jì)算機(jī)是超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)，其集成程度超過(guò)10000個(gè)門(mén)或由達(dá)100000個(gè)元件的集成電路組成的電子計(jì)算機(jī)，將突破傳統(tǒng)的馮·諾依曼的設(shè)計(jì)思想和傳統(tǒng)的技術(shù)束縛，而采用與人腦思維并行處理方式相接近的工作方式。它將具有推理—學(xué)習(xí)—聯(lián)想的能力。,我國(guó)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程簡(jiǎn)介,1958年，中科院計(jì)算所研制成功我國(guó)第一臺(tái)小型電子管通用計(jì)算機(jī)10

11、3機(jī)(八一型),標(biāo)志著我國(guó)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生；1965年，中科院計(jì)算所研制成功第一臺(tái)大型晶體管計(jì)算機(jī)109乙，之后推出109丙機(jī)，該機(jī)為兩彈試驗(yàn)中發(fā)揮了重要作用； 1974年，清華大學(xué)等單位聯(lián)合設(shè)計(jì)、研制成功采用集成電路的DJS-130小型計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度達(dá)每秒100萬(wàn)次； 1983年，國(guó)防科技大學(xué)研制成功運(yùn)算速度每秒上億次的銀河-I巨型機(jī)，這是我國(guó)高速計(jì)算機(jī)研制的一個(gè)重要里程1985年，電子工業(yè)部計(jì)算機(jī)管理局研制成功與IB

12、M PC機(jī)兼容的長(zhǎng)城0520CH微機(jī)； 1992年，國(guó)防科技大學(xué)研究出銀河-II通用并行巨型機(jī)，峰值速度達(dá)每秒4億次浮點(diǎn)運(yùn)算(相當(dāng)于每秒10億次基本運(yùn)算操作)，為共享主存儲(chǔ)器的四處理機(jī)向量機(jī)，其向量中央處理機(jī)是采用中小規(guī)模集成電路自行設(shè)計(jì)的，總體上達(dá)到80年代中后期國(guó)際先進(jìn)水平。它主要用于中期天氣預(yù)報(bào)；,1993年，國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開(kāi)發(fā)中心（后成立北京市曙光計(jì)算機(jī)公司）研制成功曙光一號(hào)全對(duì)稱共享存儲(chǔ)多處理機(jī)，這是國(guó)內(nèi)首次以基于超大規(guī)

13、模集成電路的通用微處理器芯片和標(biāo)準(zhǔn)UNIX操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的并行計(jì)算機(jī)； 1995年，曙光公司又推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具有大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)結(jié)構(gòu)的并行機(jī)曙光1000(含36個(gè)處理機(jī))，峰值速度每秒25億次浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算速度上了每秒10億次浮點(diǎn)運(yùn)算這一高性能臺(tái)階。曙光1000與美國(guó)Intel公司1990年推出的大規(guī)模并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)相近，與國(guó)外的差距縮小到5年左右； 1997年，國(guó)防科大研制成功銀河-III百億次并行巨型

14、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用可擴(kuò)展分布共享存儲(chǔ)并行處理體系結(jié)構(gòu)，由130多個(gè)處理結(jié)點(diǎn)組成，峰值性能為每秒130億次浮點(diǎn)運(yùn)算，系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到90年代中期國(guó)際先進(jìn)水平； 1997至1999年，曙光公司先后在市場(chǎng)上推出具有機(jī)群結(jié)構(gòu)(Cluster)的曙光1000A，曙光2000-I，曙光2000-II超級(jí)服務(wù)器，峰值計(jì)算速度已突破每秒1000億次浮點(diǎn)運(yùn)算，機(jī)器規(guī)模已超過(guò)160個(gè)處理機(jī)；,1999年，國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制的神威I計(jì)算機(jī)通過(guò)

15、了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，并在國(guó)家氣象中心投入運(yùn)行。系統(tǒng)有384個(gè)運(yùn)算處理單元，峰值運(yùn)算速度達(dá)每秒3840億次；2000年，曙光公司推出每秒3000億次浮點(diǎn)運(yùn)算的曙光3000超級(jí)服務(wù)器；2001年，中科院計(jì)算所研制成功我國(guó)第一款通用CPU——“龍芯”芯片； 2002年，曙光公司推出完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍騰”服務(wù)器，龍騰服務(wù)器采用了“龍芯-1”CPU，采用了曙光公司和中科院計(jì)算所聯(lián)合研發(fā)的服務(wù)器專(zhuān)用主板，采用曙光LINUX操作系統(tǒng)，該服務(wù)器是國(guó)

16、內(nèi)第一臺(tái)完全實(shí)現(xiàn)自有產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在國(guó)防、安全等部門(mén)將發(fā)揮重大作用； 2003年，百萬(wàn)億次數(shù)據(jù)處理超級(jí)服務(wù)器曙光4000L通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，再一次刷新國(guó)產(chǎn)超級(jí)服務(wù)器的歷史紀(jì)錄，使得國(guó)產(chǎn)高性能產(chǎn)業(yè)再上新臺(tái)階。,§3 電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,到目前為止，特別是在21世紀(jì)的信息社會(huì)，電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)全面應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、交通、運(yùn)輸、文化教育、科學(xué)研究和國(guó)防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域。電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的每一項(xiàng)活動(dòng)。 一般認(rèn)為

17、，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：,1、科學(xué)計(jì)算(或數(shù)值計(jì)算) 科學(xué)計(jì)算是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問(wèn)題的計(jì)算。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，科學(xué)計(jì)算問(wèn)題是大量的和復(fù)雜的。利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算、大存儲(chǔ)容量和連續(xù)運(yùn)算的能力，可以實(shí)現(xiàn)人工無(wú)法解決的各種科學(xué)計(jì)算問(wèn)題。 例如，建筑設(shè)計(jì)中為了確定構(gòu)件尺寸，通過(guò)彈性力學(xué)導(dǎo)出一系列復(fù)雜方程，長(zhǎng)期以來(lái)由于計(jì)算方法跟不上而一直無(wú)法求解。而計(jì)算機(jī)不但能求解這類(lèi)方程，

18、并且引起彈性理論上的一次突破，出現(xiàn)了有限單元法。 應(yīng)用數(shù)學(xué) 純粹數(shù)學(xué),2、數(shù)據(jù)處理(或信息處理) 數(shù)據(jù)處理是指對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80％以上的計(jì)算機(jī)主要用于數(shù)據(jù)處理，這類(lèi)工作量大面寬，決定了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主導(dǎo)方向。 數(shù)據(jù)處理從簡(jiǎn)單到復(fù)雜已經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，它們是： ①電子數(shù)據(jù)處理(Electronic Data Proces

19、sing,簡(jiǎn)稱EDP),它是以文件系統(tǒng)為手段，實(shí)現(xiàn)一個(gè)部門(mén)內(nèi)的單項(xiàng)管理。,②管理信息系統(tǒng)(Management Information System,簡(jiǎn)稱MIS),它是以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為工具，實(shí)現(xiàn)一個(gè)部門(mén)的全面管理，以提高工作效率。 ③決策支持系統(tǒng)(Decision Support System,簡(jiǎn)稱DSS),它是以數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和方法庫(kù)為基礎(chǔ)，幫助管理決策者提高決策水平，改善運(yùn)營(yíng)策略的正確性與有效性。 目前，數(shù)據(jù)處理已

20、廣泛地應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、企事業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理與決策、情報(bào)檢索、圖書(shū)管理、電影電視動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、會(huì)計(jì)電算化等等各行各業(yè)。信息正在形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，多媒體技術(shù)使信息展現(xiàn)在人們面前的不僅是數(shù)字和文字，也有聲情并茂的聲音和圖像信息。,3、輔助技術(shù)(或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造) 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)包括CAD、CAM和CAI等。 ⑴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design,簡(jiǎn)稱CAD) ⑵計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided M

21、anufacturing,簡(jiǎn)稱CAM) ⑶計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction,簡(jiǎn)稱CAI) 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用課件來(lái)進(jìn)行教學(xué)。課件可以用著作工具或高級(jí)語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)制作，它能引導(dǎo)學(xué)生循環(huán)漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，使學(xué)生輕松自如地從課件中學(xué)到所需要的知識(shí)。CAI的主要特色是交互教育、個(gè)別指導(dǎo)和因人施教。,4、過(guò)程控制(或?qū)崟r(shí)控制) 過(guò)程控制是利用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，按

22、最優(yōu)值迅速地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)控制。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過(guò)程控制，不僅可以大大提高控制的自動(dòng)化水平，而且可以提高控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。因此，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制已在機(jī)械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。 例如，在汽車(chē)工業(yè)方面，利用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床、控制整個(gè)裝配流水線，不僅可以實(shí)現(xiàn)精度要求高、形狀復(fù)雜的零件加工自動(dòng)化，而且可以使整個(gè)車(chē)間或工廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,5、人工智能

23、(或智能模擬) 人工智能(Artificial Intelligence)是計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)的智能活動(dòng)，諸如感知、判斷、理解、學(xué)習(xí)、問(wèn)題求解和圖像識(shí)別等?，F(xiàn)在人工智能的研究已取得不少成果，有些已開(kāi)始走向?qū)嵱秒A段。例如，能模擬高水平醫(yī)學(xué)專(zhuān)家進(jìn)行疾病診療的專(zhuān)家系統(tǒng)，具有一定思維能力的智能機(jī)器人等等。,6、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 計(jì)算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，不僅解決了一個(gè)單位、一個(gè)地區(qū)

24、、一個(gè)國(guó)家中計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊，各種軟、硬件資源的共享，也大大促進(jìn)了國(guó)際間的文字、圖像、視頻和聲音等各類(lèi)數(shù)據(jù)的傳輸與處理。,兩個(gè)典型代表,一、機(jī)器人的研制：高度自動(dòng)化的標(biāo)志,機(jī)器人的歷史并不算長(zhǎng)，1959年美國(guó)英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人的歷史才真正開(kāi)始。大致經(jīng)歷了三個(gè)成長(zhǎng)階段，也即三個(gè)時(shí)代。第一代為簡(jiǎn)單個(gè)體機(jī)器人，第二代為群體勞動(dòng)機(jī)器人，第三代為類(lèi)似人類(lèi)的智能機(jī)器人。,第一代機(jī)器人,第一代機(jī)器人屬于示教再

25、現(xiàn)型。 英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機(jī)器人是第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機(jī)器人的機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，一步步完成它應(yīng)當(dāng)完成的各個(gè)動(dòng)作。,第二代機(jī)器人,第二代是有感覺(jué)的機(jī)器人：它們對(duì)外界環(huán)境有一定感知能力，并具有聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等功能。機(jī)器人工作時(shí)，根據(jù)感覺(jué)器官（傳感器）獲得的信息，靈活調(diào)整自己的工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。,第三代機(jī)

26、器人,第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它不僅具有感覺(jué)能力，而且還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。,發(fā)展趨勢(shì),1.機(jī)器人會(huì)越來(lái)越小 　 目前各國(guó)的研究現(xiàn)狀而言，表明微型機(jī)器人大多還處于實(shí)驗(yàn)室或原型開(kāi)發(fā)階段，但可以預(yù)見(jiàn)，將來(lái)微型機(jī)器人將廣泛出現(xiàn)。 　　由德國(guó)工程師萊納爾·格茨恩發(fā)明的微型機(jī)器人，可直接由針頭注射進(jìn)入人體血管、尿道、膽囊或腎臟。它依靠微型磁鐵驅(qū)動(dòng)器前進(jìn)，由醫(yī)生通過(guò)

27、遙控器指揮，既可用于疾病診斷，也可用于如動(dòng)脈硬化、膽結(jié)石等管腔阻塞類(lèi)疾病治療。還能聽(tīng)從醫(yī)生指揮，將藥物直接送達(dá)到需要醫(yī)治的患病器官，以取得更好的治療效果。當(dāng)這種微型機(jī)器人工作完成后，醫(yī)生便可以像抽血那樣用針頭將它抽出來(lái)。　　未來(lái)，將會(huì)有可以進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)的功能齊全的醫(yī)用微型機(jī)器人，能進(jìn)入工業(yè)上的小管道甚或裂縫，進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù)的工業(yè)用微型機(jī)器人，以及各種微型傳感器、微型機(jī)電產(chǎn)品，如掌上電視等。在軍事上，將有小如昆蟲(chóng)的飛行器，用于偵

28、察敵情；裝有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，能在海底航行數(shù)年的微型潛艇…… （納米人）,2.機(jī)器人會(huì)越來(lái)越聰明 　　現(xiàn)在的智能機(jī)器人，它的智力最高也只相當(dāng)于兩三歲幼兒的智力水平。在將來(lái)，高智能的機(jī)器人將越來(lái)越多，其智力水平也一定會(huì)不斷提高，慢慢地達(dá)到七八歲、十幾歲少年甚至青年人的智力水平。 　　20世紀(jì)90年代后期，為促進(jìn)智能機(jī)器人的發(fā)展，日本、韓國(guó)等國(guó)家相繼發(fā)起舉行機(jī)器人足球世界杯賽，并成立了相應(yīng)的協(xié)會(huì)。機(jī)器人足球賽涉及多機(jī)器人的動(dòng)作協(xié)調(diào)、

29、系統(tǒng)控制等前沿的課題?？梢哉f(shuō)，每一場(chǎng)機(jī)器人足球賽實(shí)際上都是世界各國(guó)機(jī)器人發(fā)展水平的一場(chǎng)較量。 　　也許在將來(lái)的某一天，就如同1996年世界國(guó)際象棋冠軍卡斯帕羅夫輸給了計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”一樣，我們會(huì)看到世界頂尖級(jí)的球員組成的“超級(jí)聯(lián)隊(duì)”也對(duì)付不了的機(jī)器人球隊(duì)，你相信嗎？,二、數(shù)學(xué)定理的機(jī)器證明,（一）四色猜想的證明,四色問(wèn)題猜想（英國(guó)古色里， 1852年）： 對(duì)平面或球面上的任意一個(gè)地圖著色，至多用四種顏色就可以使相鄰（即

30、有一段公共邊界而不是一點(diǎn)或有 限點(diǎn)）兩個(gè)國(guó)家或地區(qū)（這里所謂的“國(guó)家”或地區(qū)是指連通的區(qū)域）的顏色不同。,利用三部計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)了一千多個(gè)小時(shí)，分析了兩千多個(gè)構(gòu)形的可約性，并通過(guò)人工分析了約一萬(wàn)個(gè)帶正電頂點(diǎn)的鄰近區(qū)域，終于用不可避免組的證法證明了四色問(wèn)題。在證明過(guò)程中，放電過(guò)程經(jīng)過(guò)500多次的修改設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)檢驗(yàn)了2000多個(gè)構(gòu)形并證明了1482個(gè)構(gòu)形的可約性。,四色猜想的“機(jī)器證明”是否真的可靠－－方法、理念的沖突,為實(shí)現(xiàn)幾何定理的機(jī)器證

31、明，一般采用代數(shù)的方法，它需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題： 首先，引進(jìn)數(shù)式與坐標(biāo)系，使任何幾何定理的條件和結(jié)論都寫(xiě)成代數(shù)式，從而幾何證明成為純代數(shù)問(wèn)題。 其次，將定理假設(shè)部分的代數(shù)關(guān)系式進(jìn)行整理， 第三，依確定的步驟，驗(yàn)證定理結(jié)論部分的代數(shù)式可由假設(shè)部分的代數(shù)式推出。 最后，按上述步驟編寫(xiě)程序，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。,（二）機(jī)器證明與“吳法”,20世紀(jì)算法設(shè)計(jì)者面臨的任務(wù)是解決上述第

32、二、三兩部分的難題。 1975年，吳文俊提出了定理的機(jī)器證明的方法：“吳法”：使用變量的“三角化”、多項(xiàng)式除法的技巧，并給出幾何結(jié)論成立的判定準(zhǔn)則 ，為幾何的機(jī)器證明創(chuàng)造了有效的算法。,機(jī)器證明研究一般又稱為自動(dòng)推理研究，其涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。目前，在機(jī)器證明方面，我國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。比如， 1、張景中、楊路則提出數(shù)值并行方法,在低檔微機(jī)(甚至計(jì)算器)上實(shí)現(xiàn)了非平凡幾何定理的機(jī)器證明和機(jī)器發(fā)明。2、張景中和

33、周咸青、高小山合作,提出了消點(diǎn)思想,于1992年實(shí)現(xiàn)了幾何定理可讀證明的自動(dòng)生成。3、楊路、高小山、周咸青與作者合作,把消點(diǎn)法用于非歐幾何可讀證明的自動(dòng)生成也獲得成功,并得到一批非歐幾何新定理。4、楊路等提出的實(shí)系數(shù)代數(shù)方程的判別式系統(tǒng)不但徹底解決了幾世紀(jì)懸而未決的關(guān)于代數(shù)方程一個(gè)基本問(wèn)題,也使幾何不等式機(jī)器證明的難題得到了突破。,小結(jié),1、機(jī)器人是電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用于自動(dòng)化的產(chǎn)物。機(jī)器人是生產(chǎn)高度自動(dòng)化的標(biāo)志。2、從數(shù)學(xué)角度講，計(jì)算

34、機(jī)實(shí)驗(yàn)方法已成了學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)的一種重要的方法。3、計(jì)算機(jī)的計(jì)算代替了一般繁重的計(jì)算；4、計(jì)算機(jī)能夠從事推理證明；促進(jìn)了純粹數(shù)學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展。,評(píng)價(jià)與思考,電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)代替了人腦的一部分勞動(dòng)，而且還延長(zhǎng)了人腦的活動(dòng)。一張紙、一支筆、一個(gè)腦袋就研究數(shù)學(xué)的時(shí)期也許就要結(jié)束了。電子計(jì)算機(jī)與人腦的活動(dòng)有什么區(qū)別？電子計(jì)算機(jī)在人工智能研究中究竟會(huì)起什么作用？且待來(lái)日回答。人類(lèi)創(chuàng)造了計(jì)算機(jī)，人類(lèi)也一定能控制計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)是