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是什么推动了21世纪的数学? 当代的数学都在关心哪些问题?

数学是一切科学(科技)研究的基础。正是由于数学的发展,我们现在才能够利用它来发展其他科学。尽管21世纪才过去20年,数学领域已经出现了很多重大的研究成果。例如,2011年,彼得·舒尔茨(Peter Scholze)引入了完美胚空间(Perfectoid Spaces)的概念,震惊了代数和算术几何领域。完美胚空间是存在于p进几何领域的一类代数几何对象。下面是一些我们正在研究的其他重要的数学领域。

金融数学

金融数学是数学和金融的交叉学科,兴起于20世纪80年代末。将数学应用于金融,解决最优投资策略选择理论资产定价理论等核心问题。不确定性在自由的金融市场上体现得淋漓尽致,因此,数学概念——微分博弈( differential game)变得尤为重要,它可以实现风险控制最大化投资回报

利用金融数学,决策者在面对复杂的不确定金融环境时做出更合理的决策。数学在金融领域的另一个应用是资本资产定价模型。资本资产定价模型(CAPM)是一种描述证券投资的预期收益和风险之间关系的模型,它使用了马科维茨投资管理理论的数学概念。还有更多的数学方面应用到金融,以实现预期的目标。金融数学领域的研究还在不断地发展。

统计学

统计学是关于可观测现象的数学建模(使用随机模型),以及数据分析(估计模型参数和检验假设)。统计学所需的数学工具有数学分析、代数、随机分析、微分方程和测度理论。在这些工具的帮助下,统计学在数据科学领域正以更快的速度发展。许多研究都需要数据分析,其中一个是最大互信息系数(MIC),它表示了两变量关系的依赖性的度量。MIC属于一大类用于识别和分类关系的基于非参数检验的最大信息(MINE)的统计学。MIC和MINE被广泛应用于大型数据集,如全球健康,基因表达等,并确定已知和新的关系。由于运用了数学的技术,统计学在其研究领域进展迅速,并取得了很大的成功。

计算数学

计算数学的研究主要集中在科学和工程领域,其中计算起着至关重要的作用。以前,计算问题对数学从业人员来说是一种限制,但今天,这些问题即使不能在几个小时内解决,也可以在几天或几个月内解决。如果没有计算机,许多经济学问题的实际解决方案,如线性规划是不可能的,因为方程中有大量的变量。

目前,计算机技术已经被微型计算机或超级计算机所主导。计划中的超级计算机的高度并行架构还远未被理解,有必要进行研究,以重新审视和改进那些能够有效利用超级计算机能力的旧算法。另一方面,物理、化学和生物现象建模领域的研究需要解出数学方程的解,其中包括对模型中包含的非线性现象的理解和数值分析方法。因此,在解决这类问题的研究中,计算数学起着至关重要的作用。

密码学

为了保护隐私,密码学的研究开始盛行。早些时候,为了加密,测试了几种算法,但很多都失败了。20世纪密码学领域快速发展,当时麻省理工学院的学者们引入了RSA加密,其中包括加密的数论概念。RSA的解密更难计算,超级计算机要破解RSA加密至少需要100年(对于量子计算机来说,这可能是一个更简单的任务)。为了保护隐私,同时保持加密,数学家们在纽结理论中找到了解决方案。结论是拓扑学的主题,也可应用于量子理论和化学。研究人员可以将密码学协议设计成更难解开的数学结。

结论

以上提到的所有领域和应用都只是数学的冰山一角,因为一切都基于数学。但是,如果必须列出那些在21世纪推动数学向前发展的主要领域,那么这些领域是计算数学、金融数学、密码学、概率和统计。除了这些领域之外,数学几乎从每一个科学领域的研究中得到激励,这就是数学之美。无论你去哪一个领域,数学都会紧随其后。

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