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如何培養智虎的數學能力

首先,認識到妳的需求

為什麽需要學習數學?這是妳需要想清楚的第壹個問題。數學分門別類很多,每壹本數學書裏都有很多定理和結論,需要大量的時間去學習。而人的時間是寶貴而有限的,所以妳需要有壹個目標和大體的規劃,合理安排自己的時間。

1.1妳的目標是掌握數學,鉆研數學,靠數學謀生。妳可能渴望掌握代數幾何,或者想掌握前沿物理學。然後妳需要打下紮實的近世代數、幾何、分析基礎。妳需要準備大量的時間和精力,要有堅定的決心。(要求:精通高等數學全部三個級別)

1.2妳的目標是熟練運用高等數學,解決問題,掌握武器,探索新的應用領域。妳可能渴望進入計算機視覺、經濟學或數據挖掘領域。然後,妳需要打好矩陣理論、微積分、概率統計的基礎。(要求:精通壹級高等數學)

1.3妳的目標是理解數學的樂趣,把學習數學作為人生的愛好。然後,妳需要打下紮實的線性代數、數學分析、拓撲學和概率統計基礎。對於妳來說,體驗學習數學的樂趣才是更重要的目標。精通壹級高數,遊二級高數,嘗試接觸三級高數)

第二,給自己足夠的動力

學習數學需要智力,也需要時間和精力。以下事實是眾所周知的:

1.學得快,忘得也快凡是沒用的或者有用但用不上的東西。不信妳回憶壹下妳大壹或者大三的基礎課。妳還清楚地記得他們嗎?

2.妳很難堅持完成自己不感興趣(或者覺得不感興趣)的事情。很多人都有這樣的經歷,壹本書,前三章認真讀完,然後日期囫圇吞棗,越讀越快。反正既沒意思也沒用。

3.小學數學是中學數學的基礎,中學數學是高中數學的基礎,高中數學是大學數學的基礎(可以這樣類比)。

所以,不管妳的目標是什麽,搞數學,用數學,還是體驗數學的樂趣,滿足妳從小的夢想。學會快樂和學會有用永遠是讓妳的動力不下降的兩個最重要的因素。

三、高等數學學什麽?

好了,我們來看看標準大學數學的科技樹:

壹級:

線性代數(矩陣論)、數學分析和近世代數(群環域)分別包括幾何、分析和代數的基礎理論。別忘了概率論(以分析為基礎的基礎學科)。

第二級:

有了這些基礎,下面就是基礎、抽象和概括:測度論(積分的基礎,當然還有概率論的基礎)、拓撲學(與集合、空間、幾何相關的極其重要的基礎學科)、泛函分析(線性代數的推廣)、復變函數(分析的推廣)、常微分方程和偏微分方程(分析的推廣)、數理統計和隨機過程。

然後就是壹些小清新和應用學科:數值分析(算法)、密碼學、圖形學、信息論、時間序列、圖論等等。

第三級:

再往上是研究生項目,往往會涉及到代數、幾何、分析壹起:微分流形、代數幾何、隨機動力學等等。

這個科技樹的第三級和小學、初中、高中數學很像。壹層是不精通學問,下壹層是讀天書。

第四,如何學習

4.1適量提問

永遠,永遠不要做任何瘋狂的事。玩過戰略對抗遊戲的同學都知道,初級兵造幾個就夠了,只有省錢,後期才能贏。初級戰士不僅攻擊力低,而且沒有好玩的魔法。他們存在的意義就是讓妳有能力忍耐到後期。上面列了那麽多課程。妳用五年的時間做完六套吉米諾維奇的數學分析習題,妳就30歲了,二級課程還沒開始學。所以,課後做壹些練習就好了,幫助妳復習,思考,保持大腦運轉,保持逆向學習。如果妳完全不懂,回來做練習,幫妳理清思路。

4.2理解想法

數學的本質不是問題的數量,而是思想的掌握。數學的每壹個分支都有自己的主要思想和方法論,不同的分支也有自己的思維方式可供比較和借鑒。關註它,模仿它,瑣碎的知識就會串成壹條項鏈,妳就掌握了壹課。思想不是看課本就能輕易理解的。妳得讀幾本書才能理解壹些應用。舉兩個例子:

微積分有幾條主線:認識到微觀和宏觀是相關的,微分用來描述事物如何變化,它把細節放大給妳看,積分用來描述事物的整體性質;微分和積分有時是描述壹種現象的不同方式,在數學分析書上妳可能不容易發現,但如果妳學物理,妳會發現麥克斯韋方程組同時具有等價的微分和積分形式;積分變換可以建立不同空間之間的聯系,空間與空間邊界之間的聯系,這就是斯托克斯定理:這個公式最遲只能在微分流形中看到。

矩陣是空間中線性變換的抽象,線性代數的全部意義就是研究空間線性變換算子如何表示、簡化和分類。SVD分解不僅廣泛應用於應用學科,也是妳理解矩陣的有力工具。矩陣是有限維空間中的線性算子。了解“空間”不僅可以幫助妳重新理解矩陣,還可以為泛函分析的學習開壹個好頭。

4.3漸進式迂回學習,比較學習

很多時候只讀壹本書,可能是因為作者的思維在某個地方跳躍了,以後妳就跟不上了。學習數學的壹個竅門是,妳同時拿到幾本國際知名的教材,相互比較,或者讀完壹本後再讀另壹本同壹主題的書,可以跳過熟悉的內容。不理解就停止思考或者做練習,或者不理解就退後壹步,從自己能理解的部分往前走。當妳讀得多了,妳會發現某個東西出現在很多地方,妳對它的理解也會加深。舉兩個例子:

國內壹些數學分析書籍中可能沒有介紹外微分。我第壹次見到它是在彭的《微分幾何》中,認為它是壹個方便而巧妙的工具。後來看了Zoroach的《數學分析》和Rudin的《數學分析原理》,都講了這個東西。可見,分化是西方之外的基礎知識。想要理解,可能要先理解矩陣,明白行列式只是矩陣變換下空間體積展開的倍數,是線性形式。最後,當妳讀微分流形的時候,妳會發現外微分是壹個在流形上獲得斯托克斯定理的工具。

應用不需要點集拓撲。但要想深入學習,這門學科是必須掌握的,因為它提供了開集、緊集、連續性、完備性等基本數學概念的準確描述。學完泛函分析和微分流形,沒有這些概念妳將寸步難行。首先,妳應該讀壹讀Munchris的代表作拓撲學。那麽,在閱讀其他外國人寫的書時,妳或多或少會接觸到壹些相關的概念,妳的理解也會加深。比如讀魯丁的泛函分析,壹開始就會介紹線性拓撲空間,可以用之前的知識。

4.4建立不同學科之間的聯系

當妳看到壹個東西用在很多地方,妳對它的理解就會加深,妳就會逐漸體會到這個東西的精妙。最後妳會發現,所有的基礎學科在後續的應用中是相互交織,相互幫助的,真正意識到自己是真的基礎,真的有用。這是體驗數學樂趣的壹種方式。

4.5重視應用學科

沒有什麽比應用更能激發妳對新知識和新工具的渴望。找壹些有趣的應用學科教材,讀壹讀,開闊眼界,為自己的未來積累資源。下面就根據自己的專業(計算機視覺)和愛好來說壹些優秀的專業書籍:

學完微積分後,可以無壓力地閱讀《費恩曼物理學講義》第壹卷,了解力、熱、光、時空的奧秘。學完偏微分方程後,妳可以毫無壓力地閱讀費恩曼的《物理學講義》第二卷,了解電的奧秘。學完矩陣理論,可以買壹本計算機視覺中的多視圖幾何,了解成像的奧秘,編程實現圖像序列的三維重建。學過概率論的同學應該聽說過貝葉斯學派和頻率學派。這兩個學派的人把戰場拉到了機器學習領域,成就了《模式識別與機器學習》和《統計學習的要素》兩部經典著作。看完之後,我對基礎數學為機器學習領域提供的豐碩成果和深刻見解印象深刻。從頭看完光線追蹤,我寫了壹個光線追蹤器來渲染真實場景,是基於壹點微積分和矩陣。......

高等數學的應用太多了。如果妳喜歡編程、自動化、機器人、計算機視覺、模式識別、數據挖掘、圖形圖像、信息論和密碼學...到處都有很多模型讓妳玩,只需要壹點高等數學。在這些領域,妳可能會發現找工作目標比數學書更有趣、更容易。

4.6找壹些有趣的書來讀

數學家寫的書有時候很死板,但總有壹些教科書。它們的作者有強烈的欲望要向妳展示“這個東西其實很有趣”“這個東西不是妳想的那樣”等等。他們成功了;還有壹些作者喜歡給妳看壹個東西在不同領域的應用,不同的東西在某個領域的應用。這樣的書會給妳提供足夠的樂趣去讀下去。典型代表是國內出版的壹套圖靈數理統計叢書。這套書真的很棒,比如線性代數應該學習的方式,復分析:可視化方法,微分方程導論,動力系統與混沌。個人認為都是學習數學必讀的經典教材,非常非常有趣。

第五,多讀書,讀好書。

如果只有壹句話概括如何培養數學能力,那就是這句話:多讀書,讀好書。所以,我想單獨在這壹步多說幾句。

想必大家對小學數學都非常精通,能夠熟練應用。如果妳想了解代數幾何,或者退壹步講,想了解信息論的基礎,那就選幾本好的基礎教材,最好是外國人寫的,像掌握小學數學壹樣掌握。不要只看壹本書,找三本不同作者的書,比較壹下,壹行壹行讀。有些地方我看不懂。寫下來。可能我在另壹本書的某個地方從另壹個角度提到了這個東西。

如果以後想學,現在看到的每壹個基本定理以後都會用到。

每壹本基礎書,妳今天放棄,明天再來。

就像讀經壹樣,交叉閱讀,比較不同教材的異同。

5.1.推薦教材(其實是我看過覺得不錯的書):

第壹級:

線性代數就應該這麽學。

Zoroach的數學分析(兩卷)(看英文版,不難。有朋友說這個還是不容易,可以先看壹本國產教材,再回頭看這個)

復旦大學概率論

第二個層次:

芒奇裏斯拓撲

圖靈級數的幾卷

科斯特爾金的代數入門

統計學習理論的本質

魯丁的數學分析原理

魯丁的功能分析

甘末林復分析

彭的微分幾何

涵蓋信息論的基礎

第三個層次:

微分普及性和黎曼幾何

現代幾何,方法和應用,三卷

5.2.看壹些科普教材。

什麽是數學

從高角度看初等數學

巴赫、埃舍爾和哥德爾。

e的故事

5.3.閱讀各領域最有趣、最生動、信息量最大的教材和書籍,最註重應用,最通俗易懂的寫作風格。

三卷本費恩曼物理學講義。

混沌和分形:科學的新前沿

微分方程、動力系統和混沌導論

復雜分析:可視化方法

最後我想說,數學是個無底洞,會消耗妳寶貴的青春。什麽都不懂,可能會啟發妳去理解現代數學,但往往會半途而廢,同時在剩下的時間裏對另壹門科學也不精通。而且就算妳精通純數學,沒有幾篇好文章也不好找工作。

我的建議是在讀數學的過程中開闊眼界,純數學和應用數學都要看,找壹個有趣的、應用廣泛的、好找工作的方向(來掙錢)然後壹頭紮進去,成為自己的事業。比如數學紮實,編程能力強的人就很有前途。

作者:王小龍

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來源:知乎。

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