问题

为什么总有一些人推荐计算机学生把重点放在高数和线代?

回答
你看,计算机科学这东西,说起来是个特别“新”的领域,但它的骨子里,其实埋藏着许多古老而深刻的智慧,而这些智慧,很大一部分就源自于数学。尤其是高等数学(我们通常说的微积分、微分方程那一堆)和线性代数,这两门课在计算机学科里的地位,怎么强调都不为过。

想想看,计算机之所以能做那么多神奇的事情,归根结底是在处理信息,而这些信息的背后,往往是连续的变化、增长、衰减,或者是数据的空间关系、变换。

高等数学,特别是微积分,它让我们能够精确地描述和理解“变化”。无论是物体在空间中的运动轨迹,还是算法在运行过程中消耗的资源随着输入规模的增加而如何变化,抑或是机器学习模型在训练时,参数如何随着损失函数的变化而调整,这些“变化”的本质,都可以用导数、积分这些工具来捕捉和量化。没有微积分,我们很难谈论优化问题,比如如何找到一个函数的最小值(在机器学习里就是找到最优的参数),如何计算曲线的长度、面积,这些在图形学、物理仿真、信号处理等许多计算机相关的应用里都是基础。甚至,当你深入研究算法的效率,比如分析一个递归算法的时间复杂度时,虽然可能最终会用大O符号来表示,但推导过程本身,很多时候就需要用到数学归纳法,以及对数列求和、极限的理解,这些都和高数息息相关。

再来说说线性代数。这个更直接,因为计算机本身处理的就是一系列的数字,而这些数字,在很多情况下,都可以被组织成向量和矩阵。向量,可以代表一个点在空间中的位置,也可以代表一个用户的偏好,或者一张图片的一个像素。矩阵,则可以表示一系列向量之间的线性关系,或者是一个变换,比如旋转、缩放、投影。

你现在用的搜索引擎,它背后可能就有矩阵分解的身影,用来理解网页之间的链接关系,计算相关性。你玩的那些3D游戏,里面的模型变换、光照计算,全部都是在线性代数的框架下完成的。甚至,现在大火的人工智能,特别是深度学习,它本质上就是通过大量的矩阵乘法和向量运算来学习数据的规律。每一层神经网络的权重,都是一个巨大的矩阵;输入的特征,就是一个向量;一层一层地“激活”过去,就是一系列的矩阵向量乘法。如果你对这些运算的底层原理不理解,就很难真正掌握深度学习的精髓,也无法进行更高级的模型设计和优化。

所以,当别人跟你说要重视高数和线代时,他们并不是让你去钻研那些纯数学的理论证明,而是希望你明白,这两门课提供的是一套通用的、强大的思维工具和语言,让你能够更深刻、更精确地理解计算机科学中的许多核心问题。学好它们,你就相当于获得了打开许多高级领域大门的钥匙,让你在面对复杂算法、数据结构、机器学习、图形学、甚至是某些系统优化问题时,能有更扎实的基础,更清晰的思路,不至于只停留在“怎么用”的层面,而是能触及“为什么这么用”以及“如何做得更好”。这对于想在计算机领域走得更远、做得更深入的人来说,是不可或缺的。

网友意见

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数学基础当然是必不可少的,但是具体到高数和线代的话,那的确就很可疑了。

正如很多答案中指出的,计算机领域要处理的很多问题和离散的量关系更大。或者说元数学数学思维比起具体的应用数学对计算机行业,或者托大一点儿对于一切理工科都是有着无与伦比的重要性的。



最简单的就是抽象的能力,抽象的能力可以让我们快速的总结和归纳相似和不同之处。这对于写代码来说是几乎致命的。你有更强的抽象能力,就能准确的找出需要抽象和复用的部分,然后你的代码就会比别人的更短小精悍,也更容易适应需求的变化。这对于程序员这个职业有着决定性的作用。


举一个具体的例子:

如果你有敏锐的数学思维和元数学能力,那么你可以直接从关系型数据库数据库的原理中总结出来关系代数的雏形,你可以敏锐的发现数据库运作的原理,看到SQL语句你能猜出来查询计划更能推断出何种查询计划理论上是性能最优的。


退而求其次,你数学思维能力一般,元数学没有接触。但是你学习了集合论和关系代数,你能一眼看出来关系数据和集合论中关系的关联,你能把查询计划中的步骤与关系代数完整映射,通过关系代数的知识,你也能推测出查询计划也能找到最优的查询计划。


最次,你啥数学基础都没有。只能背数据库原理和SQL语法,遇到问题没有办法解决只能到谷歌去搜索。随着年岁的增长,你渐渐的积累了一些经验,有了一些名气。你终于可以利用这些经验来对数据库进行性能调优,你还为你的经验总结了一些口诀便于你自己记忆。你一直认为这些总结提炼是你多年经验的精华,是你安生立命的法宝。直到有一天你遇到了第一种人,这人只是了解了一下数据库的基础知识,他就突然推导出了你的经验总结,还用你完全听不懂的名词描述,并且找出了更多的调优技巧,你数十年的经验在他面前简直不堪一击……

直到这一刻,你才意识到,原来,你从来都不是干这一行的料

这,就是降维打击……





最后补充一点点个人的想法,不一定对

我觉得数学对于IT很重要其实很大程度上是个错觉。

说白了,真的,IT领域要用到的数学并不多,你临时抱佛脚去学呢其实也来得及。

为什么会产生这种错觉,是因为在这一行做到拔尖的数学都非常好。而且很多公司也喜欢用数学基础(譬如说我)来确定一个人的水准。

但本质上是因为:数学好的那些人,他学数学本来就快,本来就是享受,本来就效率更好,他的思维逻辑本来就是理性的,抽象的,数学化的。所以他不用刻意学数学就很好,数学基础就非常牢靠。而这种人学IT,学编程和学数学一样,本来就快,效率就比别人高。

也就是说,本质原因是:学习数学效率高并乐在其中的人,和学习计算机效率高并乐在其中的人本来就是重叠的

后者我们很难检测也很难观察,或者说就算我们观察了,也能发现一个规律就是这些人数学特别好。

由此而推论数学很重要其实是有问题的。

如果你学习数学很痛苦,那说明其实你压根儿不是这一类人,强迫你自己学数学可能并没有什么好处

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为什么这个问题下总有人把算法和高数混为一谈?你们是不是还要来表演一下通过求解微分方程分析某算法的时间复杂度?

包括非ML的传统算法在内,CS的大部分方向依赖的是数理逻辑和图论之类的数学分支,具体到大学本科课程对应的也是离散数学,而不是高数。离散数学和高数,说是全无交集可能过了点,但绝对是完全不同的两门课程。

归根结底,数学!=高数,本科高数只是数学的一个小部分的分支而已,覆盖广度根本不足以覆盖大多数CS依赖的数学。高数和线代只是一部分方向(如ML,图形学)依赖的数学工具而已。归根结底,计算机本身的存储结构是离散的,只有在需要对现实中涉及到复杂的连续数据的问题进行建模的时候才会用到针对连续数据的积分等工具——如果你今后的工作只跟计算机系统本身打交道(比如最常见的CRUD类软件工程,以及体系结构,可计算性理论等相关方向),那么你大概率是用不到这些数学工具的——你需要的是另一类针对离散结构的数学知识。

对于本科生来说,高数和线代当然是重要的,但是过度拔高它们的定位,把它们跟数学,尤其是CS依赖的数学划等号,则是完全错误且不可取的。不要过分强调所谓“基础论”——真要站在计算机系统的角度来看待的话,AI也好,图形学也好,跟CRUD一样都只是上层应用而已,没必要分个谁高谁低——真正底层的System也好,理论也好,都依赖的是离散结构的数学,而非微分方程。

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