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关于数学大方面在职研究生论文范文 和数弹孔的数学大师方面硕士毕业论文范文

分类:论文范文 原创主题:数学大论文 发表时间: 2024-03-08

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2018年高考语文全国卷II的作文题给了这么一个资料:“二战期间,为了加强对战机防护,英美军方调查了作战后幸存飞机上的弹痕的分布,决定哪里弹痕多就加强哪里,然而统计学家沃德力排众议,指出更应该注意弹痕少的部位,因为这些部位收到重创的战机,很难有机会返航,而这部分数据被忽略了,事实证明,沃德是正确的.”

这个沃德是一位二战期间隐居在战场幕后的英雄,他不仅用自己的数学天才挽救了无数空军飞行员的生命,而且用数学理论提升了美国军队后勤补给的验收效率,为美国赢得战争做出了非常重要的贡献.

为避难远走美国

1902年,亚伯拉罕·沃德出生于奥匈帝国(今罗马尼亚)的克卢日—纳波卡市的一个犹太家庭.上学读书时,沃德偏爱数学,很有天分,考入了斐迪南一世国王大学(19 4 8年改称巴贝什·博尧依大学)数学系.大学毕业后在数学专业一路深造,1931年,沃德拿到了数学博士学位,掌握了多门深奥的数学理论,培养了良好的数学思维习惯.

然而,沃德完成学业的日子却正好赶上了纳粹势力崛起的时期,毗邻德国的奥地利,也掀起了迫害犹太人的风暴.1938年,纳粹德国吞并了奥地利,为了避难,沃德不得不离开欧洲,前往美国.

在美国,沃德这样的人才是深受欢迎的.美国企业家新近创立的“考尔斯经济学研究委员会”很快就向沃德发出邀请,招聘他做计量经济学领域的研究员.不久,二战爆发了,沃德又被美国政府召入“统计学研究小组”.

“统计学研究小组”是美国政府为打赢二战而成立的数学家智囊团,其成员包括控制论的创始人诺伯特?维纳、哈佛大学统计系的创建者弗雷德里克·莫斯特勒以及建立现代货币数量论的米尔顿·弗里德曼等等.

“统计学研究小组”的办公室设在哥伦比亚大学,每天,美国军方都会在这里丢给沃德和“诺伯特?维纳”们一堆“作战任务”:计算轰炸机炸弹的弹道,帮助轰炸机投弹手锁定目标;根据德国、日本大型军舰的照片建模,测算敌舰的航速和转弯能力;设计为运输船队护航的美国海军的编队规模和航行路线,降低运输船在大西洋遭遇德国潜艇的概率……这些都是战争带给数学家们的课题,显然,这些课题也只有精通学、运筹学、概率论、统计学和计算科学的顶尖数学家才能胜任.

数弹孔挽救空军

19 4 3 年的一天,沃德正在哥伦比亚大学画着各种方程和数学矩阵,新的任务又分派下来了.美军飞行员在德国天空正遇到强劲的挑战,战机频频被击落.为了减少损失率,美国空军决定给战机增加防弹装甲.但装甲笨重,又会降低战机的机动性,所以,最好只在战机上最需要补强的部位提供装甲.空军长官们想知道,到底哪里才是战机最需要补强(增加装甲)的部位.

沃德开始搜集数据,他观察了大量被击中却幸运“跛行”返航的B 2 9轰炸机,那些轰炸机已经千疮百孔,被美军飞行员戏称为“瑞士奶酪”.通过阅读大量的弹孔记录,沃德发现,B29庞大的机身上弹孔最多,其次是机翼,而发动机和燃油系统处的弹孔数量还不到机身弹孔数量的一半.情况似乎很清楚了——B29机身受到攻击的概率更高,而且是安置电子设备和投弹手的舱室,最需要补充装甲——空军长官的第一反应也是这样的.但是,这种观点是错误的,沃德也知道它为什么错了.

随后,沃德向美国国防部提交了调查报告,认为发动机和燃油系统才是B29最需要保护的“核心部位”.他在报告中解释道,机身和机翼大量的弹孔表明,这里容易被击中,但也意味着,即使这里承受了大量的火力,B29还是可以返航的.在B2 9的“核心部位”很少发现弹孔,并不是因为这里不容易中弹,而是因为这里只要被打中,B29就会坠落,飞不回来.即,美军看到的B29的弹孔记录只是来自于幸存者,仅仅依靠幸存者所做的判断是不科学的,那些被忽视了的非幸存者才是关键,他们根本就没有飞回来.这就好比医生去医治经过击而活下来的人,他们会发现伤者的手部、腿部中弹的很多,而头部和心脏中弹的情况少之又少,正说明了人的头部和心脏更需要保护.

美国空军采用了沃德的建议,加强了对于发动机和燃油系统的防护,这在后来被证明是无比正确的决策,美军战机的损失率大大降低.

“序贯分析”节省军用物资二战中,美国军用物资的消耗量大得惊人.对于习惯奢侈的美国大兵们来说,汽油、、火炮、巧克力、一个都不能少,他们每天都要在战场上“烧”掉数千万美金.美国政府虽然财大气粗,也不得不考虑军需节省的事情.但是,美国军方十分重视士兵的生命安全,自然不会削减军队的后勤补给,他们希望能够在军用物资的验收环节做到一些节省.于是,1944年,军方把这个课题抛给了沃德,让他想想办法.

沃德明白,军用物资的验收一定要保证准确性,因为军用物资的质量有可能会到影响一场战役的胜负.然而,验收时要提高准确性,往往会带来物资的浪费.

比如,工厂生产了1万枚炮弹,如果想知道合格率,你可以挨个地把这1万枚炮弹全部打完,做一个统计表——这样的做法最准确,但全部炮弹都被浪费了.所以,正常情况下,军队采用的是抽样检查.验收的一方,先定下一个标准,假设定为“合格率必须大于99%”.根据这个标准,设定合适的样本数量,比如500枚样本或者1000枚样本,抽取两组,分别做测试,计算平均合格率.最后,用样本的合格率,估算所有炮弹的合格率.但这样的检查属于固定抽样,做一次验收就需要打完1000枚或者2000枚炮弹,花费太高.为了减少浪费,沃德开创性地提出了“序贯分析”理论.

所谓序贯分析,是一种灵活的抽样方案.验收的一方,不事先规定总的抽样的数量,而是先抽少量样本,根据其结果,再决定“停止抽样”或“继续抽样”“抽多少”.如此进行下去,直至决定停止抽样为止.比如,1万枚炮弹,要求合格率必须大于99%,这意味着100枚炮弹里,最多只能有1枚不合格.那么,验收方先抽样100枚出来,进行测试.如果不合格的炮弹的数量大于1,那么这批炮弹极可能不符合要求,就不用接着测试了;如果不合格的炮弹的数量少于1,可以通过数学计算,判断接下来还要不要继续抽样,需要抽多少.因此,序贯分析边抽边检、不断调整后续行动.这样,就能充分利用抽样检查的结果,既能保证准确性,又能大量地减少浪费.

在序贯分析理论用于军队补给验收的当月,其威力就显现出来,美军军用卡车轮胎的供应量一下子比上个月提升了6.37%.在后续的战争期间,序贯分析为美国军方节省了大量军火物资,其价值远远超过了美国政府投入“统计学研究小组”的全部研究经费.

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参考文献:

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