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美丽的数学(1):兰切斯特方程

 lyq197410 2019-09-02

一群群数字和一组组符号构成数学的外形,也描述了这个世界。数学与音乐、雕塑、诗歌一样,它以抽象理性的思维,艺术感的表象,是美学的四大支柱。

自然界中数学上的对称、圆周率、公理、悖论、数学诗、河图与洛书、八卦、勾股定理、幻方……

中国的工匠曾经如此完美地应用过数学知识:重檐斗拱的紫禁城南半部的对角线,精细地从皇帝每天上朝端坐地太和殿中穿过!

美丽的数学,吸引着美丽的心灵,爱数学的孩子不会变坏!从今天起,我们陆续用通俗的语言说些数学的话题。

假如有两队人马在交战,士兵的战斗力都相同,一方2000人,另一方1000人,猜一下交战结果?

很聪明,人数多的一方获胜。

再猜一下,全歼对方,人数多的一方还剩多少人?

还剩1732人,惊讶吧?是的,人数多的一方只需要损失268人,就可以全歼对方1000人!

这是一次世界大战期间,英国人兰切斯特在研究空战飞机编队中发现提出的。他提出一个常微分方程组,用以描述作战双方兵力变化关系,包括第一线性律、第二线性律和平方律,三种基本形式。它的正确性经过了无数战场的检验,已经是武器装备论证、军事训练和作战决策中重要的分析工具之一。

解放军从弱到强的过程,就是对人海战术的高明使用。解放军的歼敌传统是用灵活机动的近战和夜战,拉近自身和敌人在杀伤力上的差距,然后在局部空间中聚集三倍以上于敌人的兵力,迅速歼灭敌人。

1947年五月的孟良崮战役开展时,在整个山东解放军兵力只有27万,国军则有四十五万。

但华野抓住战机, 以十五万人合围国军 74师的三万两千人,双方兵力比例为约五比一, 华野在短时间和局部空间内形成绝对优势. 尽管 74师武器和单兵作战能力极为强悍, 是华野的三倍以上,但是按照兰切斯特方程的估算,双方实际的战斗力相比为 25:3, 大约八比一,最后华野以伤亡一万二千人的代价,全歼了 74 师。 

使用兰切斯特方程摸拟的硫磺岛战役、顺化战役等,计算结果与事实非常接近。它揭示了双方战力相同的野战前提下,人海战术的决定性作用,另一方面强调在攻坚战、阵地战模式下,火力则起决定性作用。

兰切斯特方程同样体现在自然界,在自然界中,没有尖牙利齿的动物要生存,往往有数量上的巨大优势。比如刚孵化出的海龟在某一个时间从海滩上大规模的集体冲入大海,而海鸟只能在这个特定时间捕食一定数量的海龟,最终在最短的时间内,小海龟以最小损失率返回大海。

兰切斯特方程也被用于市场竞争地位分析,比如铺天盖地的产品和渠道,使得可乐饮料、方便面、卫生纸这些大众消费品往往被大型连锁公司所垄断,弱者基本没有机会进入。

兰切斯特方程同样解释了经济社会中的一些现象,假设每一单位的投资产生的利润相同,投入的越多,拿到的利润就会越多。这就是为什么有钱人,会越来越有钱,草根们会越来越穷越来越多。

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