正文 第九章 計算機的典型應用(1 / 3)

計算機技術的發展源於應用的需要,它的成果價值更是體現在應用之中,今天幾乎沒有一個領域是計算機尚未涉及的。計算機的廣泛應用正在急劇地改變著社會生產與生活的麵貌,計算機技術的發展成為新技術浪潮中的一大支柱。計算機的應用實例實在是極多極廣,本章僅舉出幾個方麵的應用例子,以描述有關的概貌。

9.1科學計算

幾乎每一個第一次接觸到計算機這個名字的人,頭貓中閃過的第一個念頭是:計算機能夠計算。事實上科學計算確實是計算機應用的一大類型。由於計算機具有很高的運算速度,許多原來由人工進行的任務可以由計算機完成,極大地提高了工作效率。更重要的是,許多京來不能實際解決的問題現在可以利用計算機來解決,因為許多複雜問題的數學求解方法雖然已經找到,但由於計算量過大,用人工或簡單的計算工具很難獲得有效的結果,或者是計算出結果時已經過時,失去了實際意義。當計算機性能提高後,許多問題獲得了解決,並推動了許多數學家應用計算機去解決一些數學難題。

例如氣象預報,要計算多種可能的發展態勢,用人工計算近期氣象預報就需要一年以上的時間,隻有利用計算機才能夠及時地獲得有實際意義的預報結果。而進行大範圍的長期的氣象預報,計算量很大,需要高速的大型計算機甚至巨型機才能勝任。

同步通信衛星的發射,要使衛星環繞地球的速度與地球自轉的速度同步,這就需要精確地計算衛星軌道,發射參數、氣動幹擾等多種參量,沒有計算機是不可能做到的。

在大壩的設計中需要對壩的應力進行分析計算,這又通過一種比較複雜的計算。目前流行一種“有限元分析法”,將大壩分為若幹單元體,相鄰單元體的連接點稱為節點,將整個大壩的總負荷轉換成作用在各節點的作用力,於是在節點的幾個自由度上會產生位移。為了分析整個大壩的應力分布及其影響,可以按照力學原理建立相應的聯立方程組,編製程序由計算機求解。由於求解速度高,可以在不長的時間內分析幾種大壩設計方案,從中選取最佳方案。

由於計算機的應用,大大地改變了科學研究和工程設計的麵貌,也創建了許多新的邊緣學科。例如計算天文學、計算化學、計算生物學計算空氣動力氣、計算醫學等。

9.2數據處理

對“數據處理”這個詞至今還缺少統一的、準確的、科學的定義,在不同的場合,其內容可能不同。從廣義上講,計算機所處理的信息都是一種“數據”,科學計算也是一種數據處理(但科學計算通常是指原始數據不太多,而計算過程複雜、計算量大的一類任務)。在應用領域,數據處理則常指那種數據量很大而操作類型相近的任務,在這種任務中,為存儲數據所需存儲空間遠大於操縱(處理)數據的程序所需的存儲空間。在本節中我們分成科技工程方麵的數據處理與非科技過程的數據處理兩種,加以介紹。

一、科技工程中的數據處理

現在鑽一口石油探井,約需耗費數百萬至數千萬元,如果事前不知道儲油構造而盲目打井,就如同大海撈針,非常浪費而且得不到希望的結果。所以往往先采用“物理探曠”一類技術去探測地下的結構。在某些地方鑽孔埋入炸藥,引爆後在若幹測量點記錄下震動波形數據,然後送入計算機分析處理,根據震動波傳播情況分析地層結構,繪出相應的地層結構圖。椐此判明可能的儲油構造分布情況,再有針對性地打鈷井。這種對震動波形的分析就是一種數據處理。

對地震預測中的地震波分析也是這種類型的數據處理。

圖像處理是數據處理中的又一典型。其中包括從衛星、氣球、偵察機通過遙感技術發回的圖像;醫療診斷設備攝取的圖像;材料探傷照片;材料金相組織照片子物理學中基本粒子軌跡照片;乃至人們的生活照片,都可以應用計算機進行處埋。

以衛星圖像為例,衛星利用遙感技術不斷將所獲得的圖像信息發回地麵接收站,經過計算機進行處理。如用對比度增強、邊沿增強等圖像複原算法處理圖像後,可以消除噪聲,使圖像畫麵變得清晰,還可以按照某種特定目的對圖像進行分析處理以獲得必要的結論。這樣的處理可用於軍事目的偵察,氣象預報,對地球資源的普查,對農作物生產狀況作出估計,以及對特定地區的監視等。

普通的X射線透視僅隻能獲得平麵透視圖像,現在有一種先進的核磁共振斷層掃描儀(簡稱CT),能從不同角度獲得圖像,並利用計算機處理合成,形成立體圖像,可以更準確地診斷出人體中的腫瘤等異常病症。

二、信息管理係統中的微據處理

按照現在的計算機辭典,數據處理“常用來泛指非科技工程方麵的所有計算、管理和操縱各種形式的數據資料,例如企業管理、庫存管理、報表統計、帳目計算、信息情報檢索等方麵的應用都被認為是數據處理。”由於圖像處理等也是一種數據處理,所以本書中將數據處理分為兩種類型,以兼顧各種習慣叫法。本小節所討論的是信息管理係統中的數據處理,即前麵引用辭典中所指數據處理。

現在,應用計算機儲存數據並提供檢索的管理係統已經非常普及,上至國家管理部門,下至企業機關的科室,名目極多,比比皆是。這類數據處理的特點是數據量很大,而計算卻很簡單。其中的關鍵問題在於:大量的數據按什麼結抅進行組織?存放在什麼地方?如何分類查找?如何增、刪、修改數據?為了方便解決上述問題,在計算機管理係統中廣泛地應用數據庫技術,相應地,數據庫管理係統軟件已成為計算機中的一項基本配置。