之前在数学教材里有关于华罗庚的补充阅读材料,我只在课上让学生读一读,学生和我都没什么感觉,看完这一节,觉得太应该仔细讲给学生了。所以又有些感慨:轻易评判什么重要不重要,源于我们有限的认知,谦卑对待数学中的每一个发现。华罗庚是20世纪世界上最伟大的数学家之一。我出生在上世纪七十年代,对陈景润的“了解”比华罗庚多一点。只知道华罗庚先生是数学家,北京有华罗庚数学学校和教材,他具体解了什么数学问题是不知道的。其实,在上世纪成千上万的企事业单位受益于华罗庚的优选法,比如:上海炼油厂的某降凝剂配方和常减压塔检修工期通过使用优选法(0.618法)凝固点合格率由30%提至95%;换塔检修从25天缩到6天,当年成为石油部系统推广样板。还有第二汽车制造厂(现东风公司)1970年周恩来总理亲自点名要求华罗庚赴厂推广:在发动机缸体铸造浇注温度改良后,缸体废品率由8%降到1%……在各行各业这样的例子很多。2025年任正非在华为供应链部门对话中也提及的华罗庚“优选法与统筹法”,说它是数学理论应用于工业实践的经典方法,对现代企业管理尤其是供应链优化具有重要指导价值,说优选法是以最小资源损耗寻找最优解。
在1964年,华罗庚偶然见到威尔德的著作《最优搜索方法》,里面介绍了一个“黄金分割法”,能够以非常少的实验次数,找到某个函数的最优值。华罗庚把这个方法吃透后,变成工人群众能够接受的形式,叫做优选法。华罗庚把优选法用折纸条的形式解释给工人群众,他给工人编的顺口溜:“先找0.618,对折便得第二点;两次实验来比较,去掉不利那一边;如此反复做下去,很快便得最优点。”我们都知道在钢材炼制过程中,需要加入碳来加强其强度。但是碳的量加多了不好,加少了也不好。假设我们知道每吨钢材加入碳的最优重量在1000克到2000克之间,那么这个让钢材强度最高的加碳量应该是多少呢?大家可能会想这样的办法:从1001克开始,再1002克,这样每次增加1克的做下去,直到我2000克,最后比较这1000次实验结果,那个钢材强度最高对应的加碳量就是最佳值。这种方法数学上称为穷举法或均分法。但,这个方法需要做1000次才能发现最好的选择,既浪费时间精力,又浪费材料。首先请记住0.618这个黄金数。然后拿一张有刻度的纸条,左端标上1000,右端标上2000.在这张纸条长度的0.618比例处(就是纸条上1618这个刻度的点)做标记。然后把纸条对折起,那么与1618的点重合的点就是1382的点(初中讲黄金分割点时有讲过一条线段的两个黄金分割点关于线段中点对称,华罗庚用纸条对折的方法给工人讲出来真的很好理解和操作)。然后,在1618和1382处做两次实验(加碳量),比较两次实验的结果,如果1382处的实验结果好一些,则撕掉1618右端的纸条,反之,就撕掉1382左边的部分。现在让我们假设1382处的实验结果好一些,(这时纸条的左端是1000,右端标注是1618)。此时1382是这纸条的一个黄金分割点。我们再将这个纸条对折,得到另一个黄金分割点1236.再做一次实验(1236克加碳量),比较1382与1236处的实验结果,如上法撕去1236的左边或1382的右边纸条……,如此下去。最后纸条撕至只有一个刻度时(整数值),这就是极大点。这个例子只需要16次试验就可得极大点。相比1000次实验,可谓是省时省力。华罗庚说过一金句:能一步找到最优,绝不做无效重复,优选不是蛮干,是用数学思维抄近道。读完这一节,也查了很多资料,才发现华罗庚所做的事有多么的伟大。他让数学不再是空中楼阁,而是更“接地气”,从而改变了我们的生活。还有神奇的一点就是黄金分割数,它真是宇宙送给我们的礼物,明明看起来是两件毫无瓜葛的事(加碳量或黄金比例,概率中的投针实验与圆周率),最后总会发现有黄金比例或圆周率的影子(注意它们都都是无理数哦)。如果没有勾股定理,就没有无理数的发现,那么人类又要在暗夜中度过多少年才能认识我们的世界?