数学建模背后的哲学基础

文摘   2024-08-05 11:30   上海  

我其实在大部分建模的时候是不考虑其背后的哲学依据,建模嘛,解决问题就好了,那些形而上的理论或许难以指导我们具体的建模实践。

然而,随着对数学建模理解的加深,我渐渐意识到,数学建模背后的哲学思想不仅深刻地影响着我们的建模方式,也在无形中塑造着我们对世界的认识和理解

换句话说,我们的模型背后有其哲学依据,即使我们没有意识到,但它确实存在;另外,我们所做的事情又在不断强化对它的认知,同样我们可能没有意识到。

但问题是如果这样的依据本身是狭隘的,那么我们的建模道路会不会就“误入歧途”了呢?

这是一个严肃的话题

我对哲学理论了解不多,这里只是粗浅地聊一聊。

实在论:数学的真实性

实在论认为数学结构和关系是真实存在的,独立于我们的认识。实在论者相信,通过数学模型,我们可以揭示世界的本质

例如,牛顿的万有引力定律通过一个简单的公式 描述了物体之间的引力作用,这不仅解释了行星运动,还预言了新行星的存在。

实在论的观点认为数学模型一种揭示现实世界深层规律的能力,使我们相信数学不仅仅是描述工具,更是理解自然的钥匙。

工具主义:数学的实用性

工具主义认为数学模型是我们理解和预测世界的工具,重点在于其实用性而非其真实性。一个工具主义者可能不会关心模型是否揭示了真实的自然法则,只要它在实践中有效。

例如,天气预报模型通过复杂的数学计算预测天气变化,即使我们不能完全理解大气运动的所有细节,但模型的高精度预报使其成为极其有用的工具。工具主义强调的是数学模型的功能性和实用性。

功利主义

功利主义主张行为的道德价值应基于其结果对最大多数人的幸福或利益的贡献。具体来说,功利主义强调“最大幸福原则”,即应选择能够为最大多数人带来最大幸福或利益的行动。在实际应用中,这一原则需要量化和分析,而数学建模恰恰提供了这种可能性。

假设我们要优化城市交通流量,目标是减少整体的交通拥堵时间。我们可以建立一个数学模型,定义变量如车流量、道路容量、交通信号灯时间等,然后设计一个优化算法,找到能够最小化总交通时间的方案。(作者:王海华)

通过求解这个优化问题,我们可以找到各个信号灯的最优时间设置,从而最大化交通系统的整体效用。这种方法体现了功利主义的思想,即通过数学模型寻找最大化整体幸福的解决方案

尽管在具体的建模实践中,我们可能更多地关注技术和方法,但认识到数学建模背后的哲学依据,可以帮助我们在更深层次上理解和改进我们的工作。

模型视角
一个资深数学建模爱好者的知识、视角和建模乐趣分享!主理人:王海华,数学建模教师,著有《模型,就是数学化的思维》《数学建模实战:手把手教你参加数学建模竞赛》,参编《数学建模:教学设计与案例》《高中STEM精品课程资源课例》等。
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