¿Qué problemas matemáticos se pueden hacer con las computadoras? ¿Cómo?

Los programas de computadora se pueden escribir muy fácilmente para resolver ciertos problemas numéricos. Por ejemplo, dada una expresión en términos de algunas variables, qué número (o vector, o matriz, etc.) obtiene como resultado de ingresar valores para las variables.

Esto parece bastante simple, y lo es, pero es un primer paso importante para hacer cosas más interesantes. Por ejemplo, podemos (con cuidado en cómo los implementamos) soluciones aproximadas a todo tipo de ecuaciones diferenciales.

Pueden acelerar muchos problemas básicos o avanzados que requieren grandes cantidades de cálculos simples o complejos.

Se han escrito paquetes de software más avanzados que nos permiten representar estructuras matemáticas más abstractas en código. Podemos hacer teoría de grupo en un programa llamado GAP. El álgebra simbólica se puede realizar en cualquier cantidad de paquetes, desde Matlab a Mathematica a MAGMA. Podemos resolver (o al menos atacar) problemas en teoría de números.

Lo que realmente no pueden hacer es aplicar la creatividad para comprender un problema determinado y descubrir una forma de abordarlo. Saber qué herramientas no usar puede ser tan importante como saber qué herramientas usar para un problema determinado. O descubrir cómo construir una nueva herramienta.

Esencialmente, las computadoras se pueden usar para acelerar los procesos matemáticos que de otra manera serían imposibles de abordar, pero también hacen que sea más tentador forzar la fuerza bruta cuando una solución elegante puede ser mejor.

¿Cómo puedes resolver problemas matemáticos en una computadora? Encuentre un programa o paquete que aborde el área de matemáticas en la que desea trabajar y aprenda a usarlo. Igualmente, aprenda a programar y escriba código en un lenguaje apropiado que aborde su problema. Incluso la primera forma probablemente requerirá que aprenda algo de lenguaje de programación (Matlab, por ejemplo, tiene su propio lenguaje, y si no lo aprende no puede usarlo).

La parte superior de la larga lista de cosas que una computadora puede hacer matemáticamente por usted debería ser la solución numérica de las ecuaciones diferenciales , lo que, por supuesto, ha tenido un gran impacto en cómo se hace la ciencia ahora, afectando a casi todos los campos y dominios científicos que le interesan. nombrar. La computación se ha convertido en la base principal del modelado del clima y el clima, por poner solo un ejemplo.

Los sistemas dinámicos están en todas partes. Una vez simplificadas adecuadamente, sus ecuaciones pueden ser modeladas o resueltas por cualquier computadora lo suficientemente potente.

¿Cómo? Bueno, podrías comenzar por echar un vistazo a una técnica básica como el Método de Euler :

Método Euler – Código Rosetta

Ed Lawrence , de la fama del Caos y fundador de la disciplina que ahora lo estudia, cuyos memes son el ala de la mariposa y la “dependencia sensible de las condiciones iniciales”, descubrió el caos en la naturaleza con la ayuda de nada más que una de las computadoras primitivas disponibles en el tiempo (1963):

Página en mit.edu

(Documento: flujo determinista no periódico)

Cualesquiera que sean los problemas matemáticos, podemos proporcionar un conjunto de instrucciones para que una computadora las ejecute. El primer problema con el que se enfrentaron las computadoras del mundo real fue la creación de tablas de balística para el Ejército de EE. UU. Debido al hecho de que las matemáticas estaban tan involucradas que a una sola persona le tomaría un mes crear una sola tabla.

Desde entonces, los problemas matemáticos que realiza una computadora están limitados solo por su capacidad y lo que se les puede decir qué hacer. Otro problema matemático común en el que las computadoras se han vuelto realmente buenos en el uso general es la manipulación de matriz y la geometría. Específicamente en forma de juegos 3D. La matemática es tan complicada que hemos creado procesadores informáticos dedicados para la tarea: GPU. El corazón de una tarjeta gráfica.

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