為什麼有很多學者認為以往至今的數學理念 數學方法 數學語言不足以描述複雜系統?

時間 2021-06-01 02:18:56

1樓:風大聽不見

這個問題,就好比說法律不能定所有的罪一樣,它要隨著時間的推遲而更新。

複雜系統之所以複雜,裡面肯定有數學不能解釋描述的東西在裡面。

2樓:白鶴知秋

實際上複雜系統中混沌理論,複雜網路等基礎概念都是在數學(動力系統,圖論,概率論)的正規化下提出來的。往往用數學描述問題是可行的,但是精確求解是艱難的。

比如生物複雜網路上的各種動力學過程(生滅,傳染病)或者傳統一點的平衡態相變(伊辛模型,滲流),解析方法目前要麼不夠普適(在樹圖或者近似樹圖的情況下,可以用空穴法/信念傳遞)要麼不夠精確(比如萬能的平均場論近似)。計算方法現在有基於隨機圖論和譜圖論的圖神經網路,但是圖的譜的意義目前尚不太清楚,所以也還需要在純數上繼續推進。

3樓:microball

生物系統主要是非線性跟非均相的。簡單的說,多數的非線性方程的解都沒有 closed form。要定性的分類這些非線性方程的行為,目前有的結論還很侷限 (特別在高維度的例子)。

所以常常是數學上能列出生物學的方程,但實際上沒有系統性的求解或研究方法。

直接數值模擬有另一方面的困難,那就是未知變數太多,而且小幅度的變數誤差可以造成完全不同的結果。因此模擬的結果到底可不可信? 除了做實驗,還需要數學理論上的分析證明。

非線性系統相關的數學還有很多突破的空間,近年來也一直有新的研究,所以生物學跟其他複雜科學並不是什麼無法攻克的學門,只是需要數學領域的進步。有時候是數學進步了,發現生物這邊原本的假設還不夠多。

我舉個具體的例子: 生態學中,常常研究物種之間互相競爭的非線性模型。到了1970 年代,當時人們覺得這類模型可以定性的分類,並想尋找關鍵的分類依據。

後來 Stephen Smale 發表了一篇論文,證明了只要物種夠多,互相競爭的生態模型可以產生任意微分方程的一般行為 (On the differential equations of species in competition)

On the differential equations of species in competition

這代表互相競爭的生態模型的框架太過廣義了,以致於不會有什麼特殊的性質可以研究,因為高維度時,各類微方的非線性行為都能嵌進去。如要研究具體性質,必須考慮更狹義的模型框架(例如侷限在某類函式)。這方面目前還有很多研究空間。

4樓:

我認為像生物方面也還是有一些內容需要數學支撐的。也許在未來幾百年後,新的數學分支和思想能夠應用在生物學理論上,才會出現乙個完全靠數學建立起來的理論生物學。而並不是無法用數學解釋。

那都是遲早的事。

而現在我們之所以在生物上大部分內容還無法用數學解釋,是因為我們對生物理論還處在萌芽階段,還不能良好的用通俗的語言解釋清楚,就更別說用數學語言描述並論證了。

5樓:

這遲早都會被推翻的,那些急於早早給數學或者別的什麼東西下結論的都緩緩。

我之前在知乎上看到了乙個用偏微分方程研究動物身體毛色花紋變化的研究。鏈結等我找到以後再發。

6樓:樹形圖

人解決不了的問題才是大部分的問題。

首先題主不應該有數理化能解決天下一切疑難的想法。就算不是複雜系統的問題人類大部分都解決不了,更遑論複雜系統。

有一門學科叫複雜系統,研究的就是現實複雜系統的簡化版。題主感興趣可以去了解一下。

最後題主若是對生命系統感興趣可以去知網找一下文章看看。

7樓:wzd

宇宙,大自然的奧妙,永遠無法破解,何況人類只是宇宙歷史長河中的一顆流星,數學何能解決一切問題?只不過人類在有限的千百萬年中用數學這工具多解決一點生存問題罷了。

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