從云計算思考未來數學領域的發展

伍天宇

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

關鍵詞：云計算；數學；發展；計算數學

一、云計算機介紹

云計算（cloud computing）技術是一種基于互聯網，提供動態的、易于擴展應用的計算機技術。其核心技術包括虛擬化技術、并行計算技術以及網絡技術，是計算機領域發展的主要方向之一。從目前云計算技術服務模式來看，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，用戶根據自身需求搭建相應的操作系統以及應用程序，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，提供用戶開發平臺，用戶根據系統平臺技術能夠快速實現自身的應用，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自身的業務需求，這是一種最為直接的應用方式，靈活性最差，但最為便捷。

二、云計算技術特點

（一）超大規模

超大規模主要是指云計算技術的實現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建的計算集群，將成千上萬臺計算機設備以網絡的形式組合在一起，上層由統一的軟件系統予以統一管理，構建成的海量計算和存儲規模是傳統計算機性能無法比擬的，這是云計算技術實現的基礎。

（二）虛擬化技術的應用

虛擬化技術作為云計算底層技術的核心，是對海量計算和存儲資源進行虛擬化展示的一種形式，虛擬化實現了各類CPU資源的統一、存儲資源的統一、網絡資源的統一，是實現彈性計算的基礎，更是按需服務和計費的技術支撐，一定意義上離開了虛擬化技術，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，各類數據資源通過多副本存儲、計算節點同構容錯的形式，保障了運行在云文件系統中的主機資源具有可恢復性以及可替代性，這是傳統計算機技術所不具備的性能和可靠性保障優勢。

（四）高可擴展

高可擴展性則是根據云計算服務提供的功能角度予以探討的，云計算系統根據用戶需求，基于基本的云數據存儲和處理模型（如常見的Map/Reduce模型），能夠極其便捷的構建上層應用，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視，一旦出現了性能瓶頸，服務提供商即可動態的對用戶資源提供擴充或者壓縮，資源的應用水平實現了最大化，因此構建于云平臺之上的服務更為廉價。

另外，云平臺技術同樣存在數據保密性的問題，這主要是對用戶和服務提供商而言的，用戶數據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的發展，也是目前私有云大量應用的重要原因，值得相關從業機構和人員的重視。

三、數學發展與云計算技術的關系

（一）借助于云計算實現海量計算

云計算技術的出現，與各個學科緊密融合。就數學領域而言，海量計算是數學的領域應用最為廣泛的，傳統數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）計算量對傳統單機系統提出了巨大的挑戰，云平臺所實現的計算和數據存儲能力為支撐大數據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，有助于數學計算領域的受到計算資源制約的一些應用的迅速發展和廣泛應用。

（二）通過云計算構造數學模型

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

（三）云計算技術在統計數學中的大量應用

統計數學是根據大量的統計資源，通過分析計算得出的一般性的數學規律，統計資源越龐大相應的計算結果更為準確，這與云計算中大數據分析有著極其相似的構建過程，大數據分析通過所提供（或收集）起來的數據，根據統計學原理，最終得出一般性結論，統計數學除了總結一般性的規律，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，這是統計數學非常重要的應用。總之，云計算為統計數學更為有效的應用提供了一定資源支撐和技術準備。

四、從云計算思考未來數學領域的發展

（一）計算數學的不斷發展

計算數學是一門交叉性學科，其涵蓋了數學、計算機科學、運籌學與控制科學等學科，屬于應用數學的范疇，旨在相關數學問題（邏輯問題）由計算機技術進行求解的研究，廣泛應用于工業控制、農業生產、交通運輸、醫療衛生等諸多領域，通過對相關數據進行計算和分析，更加準確的掌握事物發展的一般性規律。計算數學的研究重點在于相關數學理論和解決思路的研究，未來云計算技術強有力的支撐，提供更為有效的大數據分析，有助于計算數學學科的不斷發展，豐富和創新了傳統計算資源所不具備的資源整合能力，提供專業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，計算數學領域中，云計算技術必將展現出其強大生命力，為更為廣闊的計算數學發展呢提供計算支撐。

（二）以數學為基礎的計算模型的不斷創新

計算模型的發展創新是應用數學的關鍵，各個行業與數學學科的關聯就在于計算模型的構建，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，一些新興行業同樣需要計算模型予以分析，、信息檢索、數學分析、數學控制、數學決策是計算模型常見的構建關鍵所在，數學學科自身的發展（如模糊數學）同樣得益于計算機技術的快速進步，云計算技術的出現能夠更好的應用和服務于易變事物的計算和分析，傳統數據模型構建過程往往在數學分析和統計方面的數據準備往往具有一定的局限性，云計算提供的海量數據分析能力，對于促進現代化數據模型的科學構建具有十分重要的意義，是未來數學領域發展強有力的助推劑。

（三）理論驗證的機械化發展

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

（四）數學對信息科學發展的反作用

云計算技術對于數學領域的發展影響不僅僅局限于上述幾個方面，未來云計算技術伴隨著云計算數據模型的發展和創新必然會更加靈活和便利，當前云計算機的數學模型更多是構建于云文件系統之上的分散和集中數據處理（即常用的Map/Reduce模型），這種數據模型適合數據分析，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，相信隨著基礎數學的不斷發展，對云計算技術平臺自我創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還是數學學科發展都是彼此融合的，互相促進的。

五、小結

綜上所述，云計算為數學應用提供了強有力的計算支撐，未來數學發展必然朝著計算數學、數據模型創新、機械化數學證明等方面大踏步前進。

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