2016年3月11日 星期五

❤得到-軍事-二戰勝利是數學家的功勞?

文章出處:二戰勝利是數學家的功勞?


提起二戰,大家都知道,這是人類歷史上最大規模的戰爭衝突,
同盟國足足花了六年,才戰勝了德意日三個法西斯軸心國,
整個過程可以說是驚心動魄,可歌可泣。
那說起二戰中的英雄,你的反應很可能是政治家和軍人,
比如帶著禮帽、叼著雪茄的丘吉爾,
或者帶著鋼盔、腰里別著手槍、坐在吉普車上的巴頓將軍……
可微信公共號“賽先生”最近發了篇文章說,保證盟國獲勝的,是一群數學家,
跟生活大爆炸裡的宅男四人組很像。


你可能會問,研究純理論的數學家,對於真刀真槍的戰爭能做什麼貢獻呢?
先給大家講個故事。 1943年以前,德國潛艇在大西洋上所向無敵。
從美國出發前往英國的物資輸送船隊,經常遭到襲擊,坦克、槍支彈藥等大量軍用物資,
還沒送到前線就沉到海底了。當時,英美兩國又不可能增派大量軍艦來護航,怎麼辦?
別急,數學家發揮作用的時候到了。

以前,美國海軍有這樣一個觀點,說運輸船隊規模越小越好,
這樣遇到德國潛艇,造成的損失也有限,
所以每支船隊都被拆分成盡量多的編次,按次序出海
可數學家們運用概率論分析後發現,這個理論不正確,
艦隊與敵潛艇可能相遇,也可能不相遇,這是一個隨機事件,
一支運輸船隊,編次越多,與敵人相遇的概率就越大
就好比5個小學生,放學後都回自己家裡,老師想要找學生的話,隨便去哪家就行。
但如果這5位同學都在其中某一家的話,老師要找幾家才能找到,
一次找到的可能性只有20%。

所以,美國海軍接受了數學家的建議,命令船隊在指定海域集合,
再集體通過危險海域,然後各自駛向預定港口。
結果,運輸艦隊被擊沉的概率由25%降到了1%,大大減少了損失,保證了物資的及時供應。


嚐到了數學帶來的甜頭之後,美國和英國政府就迅速增大撥款,
成立了很多專門研究機構,把數學家組織起來,
用數學解決戰爭中的武器開發、戰略戰術、後勤運輸等一系列問題,分工非常細緻。
比如,紐約州立大學小組研究空氣動力學、噴氣火箭理論,
哈佛大學為海軍研究水下彈道問題,
哥倫比亞大學重點研究空對空射擊學,以及改進驗收、抽檢軍用產品質量的方法等等。
美國政府流行著這樣一個說法,“一個優秀的數學家,比十個陸軍師還要威力強大”。

當然,英國人也沒讓自己的美國盟友獨領風騷,
英國數學家在二戰中​​的最大勝利,就是破解了德國人的超級神秘密碼。
他們專門組織了一批人,最高峰時有超過2600名工作人員,
被譽為現代計算機與人工智能之父的數學家阿蘭.圖靈,也是其中之一。
這些數學家和密碼專家被分成了不同的破解小組,
每個小組專門研究特定類別的密碼,最終成功破譯了德國的超級神秘密碼。
於是,德意日軸心國在盟國面前,幾乎是毫無秘密可言。

舉個例子,在被譽為二戰轉折點的北非阿拉曼戰役中,
由於盟國能夠破解德軍密碼,使得所有運往北非的軸心國運輸船,幾乎都被英國潛艇擊沉,
號稱“沙漠之狐”的德國名將隆美爾,是巧婦難為無米之炊,
最後不得不在英軍的強大攻勢面前後撤。
同樣,在太平洋戰場上,美國海軍情報部門依靠數學家和音樂家,破譯了日軍的通信密碼,
提前獲悉了日本聯合艦隊進攻中途島的作戰方案。
美國太平洋艦隊迅速做出了相應佈置,一舉殲滅了日本聯合艦隊四艘航空母艦,
自己只損失了一艘,從此日本也在太平洋上被迫停止了攻勢。


數學在二戰中還被用來研究戰術。 
1943年的時候,日本聯合艦隊策劃了一次軍事行動,要穿越一條很長的海上路線。
當時有南北兩條線路可供選擇,不同的是,未來三天,北線陰雨,能見度差;
而南線天氣晴好,能見度高。美國轟炸機就佈置在南線機場,
在數學家的幫助下,他們預計出了四種可能出現的情況,
情況一:美軍重點偵察北線,日軍恰好走北線,
    由於天氣惡劣,能見度低,美軍只能轟炸兩天;
情況二:美軍重點偵察北線,日軍走南線,由於發現晚,美軍也只能轟炸兩天;
情況三:美軍重點偵察南線,日軍走北線,由於發現晚,
    且北線天氣狀況差,美軍只能轟炸一天;
情況四:美軍重點偵察南線,日軍恰好走南線,日軍很快被發現,天氣又好,
    美軍迅速集中力量轟炸,可以轟炸三天。

由於日本人也肯定在做相同的推演,所以方案三和方案四很快就被排除了,
剩下兩個方案中,美軍認為方案一會成為現實,所以重點搜索北線。
事實也證明,他們的判斷是正確的,儘管他們在一天后才發現日軍艦隊,
但因為早有部署,所以還是實施了兩天的有效轟炸,日軍遭受重創。
後來,這種利用數學來計算有效資源投入如何能取得最大效果的學問,
就逐漸演變成了今天企業管理中不可缺少的運籌學。

總之,在整個二戰中,上千位美國和歐洲的數學家都投入了這條隱蔽的反法西斯戰線,
數學研究的中心,也從德國轉移到了美國,數學不僅幫助盟國打贏了二戰,
也通過軍事方面的應用,改變了我們現代經濟生產、公共管理的方方面面。


本文源自:為什麼說數學家比10個師更有威力?二戰中數學家的貢獻
稿:陶玉榮
轉載:得到


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不止阿蘭.圖靈,很多數學家對英、美國有巨大貢獻。
其中一個例子是:
美國海軍有這樣一個觀點,說運輸船隊規模越小越好,
這樣遇到德國潛艇,造成的損失也有限,
所以每支船隊都被拆分成盡量多的編次,按次序出海。
 
可數學家們運用概率論分析後發現,這個理論不正確,
艦隊與敵潛艇可能相遇,也可能不相遇,這是一個隨機事件,
一支運輸船隊,編次越多,與敵人相遇的概率就越大。
 
結果,按數學家建議去做,運輸艦隊被擊沉的概率由25%降到了1%。

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