從云計算思考未來數(shù)學領域的發(fā)展

伍天宇

摘要：云計算作為當前炙手可熱的計算機應用技術(shù)展現(xiàn)出了強大的生命力，是計算機技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，云計算技術(shù)所提供的強大數(shù)據(jù)計算和存儲能力給數(shù)學學科應用和發(fā)展提供了更為廣闊的應用前景，本文以云計算和數(shù)學學科為題，從云計算概念、特點、數(shù)學發(fā)展于云計算的關系以及未來數(shù)學領域發(fā)展等四個方面對相關內(nèi)容進行簡要的論述，為更好的了解和掌握云計算和數(shù)學應用提供參考。

關鍵詞：云計算；數(shù)學；發(fā)展；計算數(shù)學

一、云計算機介紹

云計算（cloud computing）技術(shù)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)，提供動態(tài)的、易于擴展應用的計算機技術(shù)。其核心技術(shù)包括虛擬化技術(shù)、并行計算技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)，是計算機領域發(fā)展的主要方向之一。從目前云計算技術(shù)服務模式來看，主要分為三種類型：即，IaaS（Infrastructure-as-a- Service基礎設施即服務）提供可供用戶選擇的硬件服務器，用戶根據(jù)自身需求搭建相應的操作系統(tǒng)以及應用程序，具有高度的靈活性；PaaS（Platform-as-a- Service 平臺即服務）可以看作一類特殊的IaaS服務，提供用戶開發(fā)平臺，用戶根據(jù)系統(tǒng)平臺技術(shù)能夠快速實現(xiàn)自身的應用，相對而言其靈活性較之IaaS相對較低，但應用開發(fā)效率較高、SaaS（Software-as-a- Service 軟件即服務）服務商直接提供基于云平臺的應用軟件，用戶直接操作應用軟件實現(xiàn)自身的業(yè)務需求，這是一種最為直接的應用方式，靈活性最差，但最為便捷。

二、云計算技術(shù)特點

（一）超大規(guī)模

超大規(guī)模主要是指云計算技術(shù)的實現(xiàn)依賴于大量計算機資源的組合，就目前的主機類型而言既包括普通類型PC機、也有性能較好的服務器類型構(gòu)建的計算集群，將成千上萬臺計算機設備以網(wǎng)絡的形式組合在一起，上層由統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)予以統(tǒng)一管理，構(gòu)建成的海量計算和存儲規(guī)模是傳統(tǒng)計算機性能無法比擬的，這是云計算技術(shù)實現(xiàn)的基礎。

（二）虛擬化技術(shù)的應用

虛擬化技術(shù)作為云計算底層技術(shù)的核心，是對海量計算和存儲資源進行虛擬化展示的一種形式，虛擬化實現(xiàn)了各類CPU資源的統(tǒng)一、存儲資源的統(tǒng)一、網(wǎng)絡資源的統(tǒng)一，是實現(xiàn)彈性計算的基礎，更是按需服務和計費的技術(shù)支撐，一定意義上離開了虛擬化技術(shù)，云計算就無從談起。

（三）高可靠性

高可靠性則主要是從云計算所提供云存儲和計算能力的角度予以分析的，各類數(shù)據(jù)資源通過多副本存儲、計算節(jié)點同構(gòu)容錯的形式，保障了運行在云文件系統(tǒng)中的主機資源具有可恢復性以及可替代性，這是傳統(tǒng)計算機技術(shù)所不具備的性能和可靠性保障優(yōu)勢。

（四）高可擴展

高可擴展性則是根據(jù)云計算服務提供的功能角度予以探討的，云計算系統(tǒng)根據(jù)用戶需求，基于基本的云數(shù)據(jù)存儲和處理模型（如常見的Map/Reduce模型），能夠極其便捷的構(gòu)建上層應用，具有高可擴展性，提供的服務也是豐富多彩的。

（五）按需服務

按需服務主要是對用戶計算和存儲資源的利用率予以監(jiān)視，一旦出現(xiàn)了性能瓶頸，服務提供商即可動態(tài)的對用戶資源提供擴充或者壓縮，資源的應用水平實現(xiàn)了最大化，因此構(gòu)建于云平臺之上的服務更為廉價。

另外，云平臺技術(shù)同樣存在數(shù)據(jù)保密性的問題，這主要是對用戶和服務提供商而言的，用戶數(shù)據(jù)對服務提供商是無保密性的，一定程度上制約和限制了開放云計算技術(shù)的發(fā)展，也是目前私有云大量應用的重要原因，值得相關從業(yè)機構(gòu)和人員的重視。

三、數(shù)學發(fā)展與云計算技術(shù)的關系

（一）借助于云計算實現(xiàn)海量計算

云計算技術(shù)的出現(xiàn)，與各個學科緊密融合。就數(shù)學領域而言，海量計算是數(shù)學的領域應用最為廣泛的，傳統(tǒng)數(shù)學應用在計算能力和計算速度的保障方面受到較多的限制，一些復雜計算（例如常見的航天航空計算、基因序列計算、天氣預報等等）計算量對傳統(tǒng)單機系統(tǒng)提出了巨大的挑戰(zhàn)，云平臺所實現(xiàn)的計算和數(shù)據(jù)存儲能力為支撐大數(shù)據(jù)計算提供了強有力的資源支撐，同時造價相相較于大型超級計算機相對低廉，有助于數(shù)學計算領域的受到計算資源制約的一些應用的迅速發(fā)展和廣泛應用。

（二）通過云計算構(gòu)造數(shù)學模型

應用數(shù)學的發(fā)展和進步，是基礎數(shù)學理論與相應行業(yè)知識相互融合，其中核心部分就是相應數(shù)學模型的構(gòu)建，如金融數(shù)學模型、天氣計算模型、基因數(shù)據(jù)模型等，所構(gòu)建的數(shù)學模型準確性和可靠性，是最終計算結(jié)果的有效保障，當前借助于云計算資源能夠更加開放的實現(xiàn)計算模型的構(gòu)建，減少了對于計算資源的考量、模型構(gòu)建者能夠在更為寬松的數(shù)據(jù)條件下進行相應模型的搭建，這對于實現(xiàn)應用數(shù)學更為廣闊的應用具有非常重要的意義，也是傳統(tǒng)計算過程所不具備的資源優(yōu)勢。

（三）云計算技術(shù)在統(tǒng)計數(shù)學中的大量應用

統(tǒng)計數(shù)學是根據(jù)大量的統(tǒng)計資源，通過分析計算得出的一般性的數(shù)學規(guī)律，統(tǒng)計資源越龐大相應的計算結(jié)果更為準確，這與云計算中大數(shù)據(jù)分析有著極其相似的構(gòu)建過程，大數(shù)據(jù)分析通過所提供（或收集）起來的數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計學原理，最終得出一般性結(jié)論，統(tǒng)計數(shù)學除了總結(jié)一般性的規(guī)律，同時也能夠在一定范圍預測事物未來的走向，對于指導相應的決策部署是極其關鍵的，這是統(tǒng)計數(shù)學非常重要的應用。總之，云計算為統(tǒng)計數(shù)學更為有效的應用提供了一定資源支撐和技術(shù)準備。

四、從云計算思考未來數(shù)學領域的發(fā)展

（一）計算數(shù)學的不斷發(fā)展

計算數(shù)學是一門交叉性學科，其涵蓋了數(shù)學、計算機科學、運籌學與控制科學等學科，屬于應用數(shù)學的范疇，旨在相關數(shù)學問題（邏輯問題）由計算機技術(shù)進行求解的研究，廣泛應用于工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領域，通過對相關數(shù)據(jù)進行計算和分析，更加準確的掌握事物發(fā)展的一般性規(guī)律。計算數(shù)學的研究重點在于相關數(shù)學理論和解決思路的研究，未來云計算技術(shù)強有力的支撐，提供更為有效的大數(shù)據(jù)分析，有助于計算數(shù)學學科的不斷發(fā)展，豐富和創(chuàng)新了傳統(tǒng)計算資源所不具備的資源整合能力，提供專業(yè)人員更為廣闊的應用背景，具有劃時代的意義。在可預測的未來，計算數(shù)學領域中，云計算技術(shù)必將展現(xiàn)出其強大生命力，為更為廣闊的計算數(shù)學發(fā)展呢提供計算支撐。

（二）以數(shù)學為基礎的計算模型的不斷創(chuàng)新

計算模型的發(fā)展創(chuàng)新是應用數(shù)學的關鍵，各個行業(yè)與數(shù)學學科的關聯(lián)就在于計算模型的構(gòu)建，計算模型在氣象、控制、生物、金融等各個領域都有著廣泛的應用，一些新興行業(yè)同樣需要計算模型予以分析，、信息檢索、數(shù)學分析、數(shù)學控制、數(shù)學決策是計算模型常見的構(gòu)建關鍵所在，數(shù)學學科自身的發(fā)展（如模糊數(shù)學）同樣得益于計算機技術(shù)的快速進步，云計算技術(shù)的出現(xiàn)能夠更好的應用和服務于易變事物的計算和分析，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型構(gòu)建過程往往在數(shù)學分析和統(tǒng)計方面的數(shù)據(jù)準備往往具有一定的局限性，云計算提供的海量數(shù)據(jù)分析能力，對于促進現(xiàn)代化數(shù)據(jù)模型的科學構(gòu)建具有十分重要的意義，是未來數(shù)學領域發(fā)展強有力的助推劑。

（三）理論驗證的機械化發(fā)展

我國著名科學家吳文俊院士創(chuàng)立的機器證明定理的算法，實現(xiàn)初級幾何于微分幾何定力的的機器證明，標志著數(shù)學機械發(fā)展壯大，是數(shù)學理論證明的創(chuàng)新應用，更是計算機技術(shù)在數(shù)學方面應用的重要途徑。計算機處理幾何數(shù)據(jù)的一般過程主要是“代數(shù)化（坐標化）—>機器化—>自動化”的思路，通過機器驗證數(shù)序理論的方式，能夠大量節(jié)省腦力勞動，未來數(shù)學機械證明的應用伴隨著云計算技術(shù)和云計算平臺的發(fā)展，不僅僅局限于幾何數(shù)據(jù)的處理，在群論、邏輯數(shù)學、代數(shù)等諸多領域相信都會有突破，這無論是對于發(fā)展基礎數(shù)學領域和現(xiàn)代數(shù)學部分都具有十分重要的意義，數(shù)學定理驗證從此邁入更為智能化的時代，這無疑是未來數(shù)學發(fā)展重大方向。

（四）數(shù)學對信息科學發(fā)展的反作用

云計算技術(shù)對于數(shù)學領域的發(fā)展影響不僅僅局限于上述幾個方面，未來云計算技術(shù)伴隨著云計算數(shù)據(jù)模型的發(fā)展和創(chuàng)新必然會更加靈活和便利，當前云計算機的數(shù)學模型更多是構(gòu)建于云文件系統(tǒng)之上的分散和集中數(shù)據(jù)處理（即常用的Map/Reduce模型），這種數(shù)據(jù)模型適合數(shù)據(jù)分析，但在處理高性能計算的上層計算模型還存在缺失，當然這與各類計算模型的差異性有著直接的關系，相信隨著基礎數(shù)學的不斷發(fā)展，對云計算技術(shù)平臺自我創(chuàng)新也是具有十分重要的推動作用。總之，未來無論是云計算技術(shù)還是數(shù)學學科發(fā)展都是彼此融合的，互相促進的。

五、小結(jié)

綜上所述，云計算為數(shù)學應用提供了強有力的計算支撐，未來數(shù)學發(fā)展必然朝著計算數(shù)學、數(shù)據(jù)模型創(chuàng)新、機械化數(shù)學證明等方面大踏步前進。

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