“黃金數”與優選法
來源:轉載 文章作者:佚名 2008-04-15 11:40:58

兩千多年前,古希臘數學家歐多克斯發現:如果將一條線(AB)分割成大小兩段(AP、PB),若小段與大段的長度之比恰好等于大段的長度與全長之比的話,那么這一比值等于0.618…,用式子表示就是:(PB)/(AP)=(AP)/(AB)=0.618……。
有趣的是,這個數字在自然界和人們生活中到處可見:人們的肚臍是人體總長的黃金分割點,人的膝蓋是肚臍到腳跟的黃金分割點。大多數門窗的寬長之比也是0.168…;有些植莖上,兩張相鄰葉柄的夾角是137度28',這恰好是把圓周分成1:0.618……的兩條半徑的夾角。據研究發現,這種角度對植物通風和采光效果最佳。
建筑師們對數學0.168…特別偏愛,無論是古埃及的金字塔,還是巴黎的圣母院,或者是近世紀的法國埃菲爾鐵塔,都有與0.168…有關的數據。人們還發現,一些名畫、雕塑、攝影作品的主題,大多在畫面的0.168…處。藝術家們認為弦樂器的琴馬放在琴弦的0.168…處,能使琴聲更加柔和甜美。
數字0.168…更為數學家所關注,它的出現,不僅解決了許多數學難題(如:十等分、五等分圓周;求18度、36度角的正弦、余弦值等),而且還使優選法成為可能。優選法是一種求最優化問題的方法。如在煉鋼時需要加入某種化學元素來增加鋼材的強度,假設已知在每噸鋼中需加某化學元素的量在1000—2000克之間,為了求得最恰當的加入量,需要在1000克與2000克這個區間中進行試驗。通常是取區間的中點(即1500克)作試驗。
然后將試驗結果分別與1000克和2000克時的實驗結果作比較,從中選取強度較高的兩點作為新的區間,再取新區間的中點做試驗,再比較端點,依次下去,直到取得最理想的結果。這種實驗法稱為對分法。但這種方法并不是最快的實驗方法,如果將實驗點取在區間的0.618處,那么實驗的次數將大大減少。這種取區間的0.618處作為試驗點的方法就是一維的優選法,也稱0.618法。實踐證明,對于一個因素的問題,用“0.618法”做16次試驗就可以完成“對分法”做2500次試驗所達到的效果。因此大畫家達·芬奇把0.618…稱為黃金數。
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