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布朗運與隨機建模 - 資訊系同學

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事實上,我在高中時很喜歡數學。但在選擇科系的時候,高中的數學老師們總會〝警告〞我「大學的數學和高中不一樣」、「會有很多可怕的證明」。確實,計算和應用才是數學最吸引我的地方,因此我最後選擇了資訊工程。雖然如此,大一時我也曾想過去選修數學系的課,甚至是輔系。只是數學系大一大二的課幾乎都衝堂,使得延畢幾乎是輔系必然的結果。而這個時候引起我注意的就是模組化課程,不只跨越了課表的障礙,還將數學聚焦在應用層面上,完全符合我的期望,於是我就利用這個暑假來修模組化課程。

「布朗運動與隨機建模」,它是我修的第一堂模組化課程。數學建模,是我在高中時就常常聽到的一個名詞,但在那些科普文章看到的例子卻幾乎都只是尋常的人口模型。因此當我看到〝建模〞和〝隨機〞放在一起後,就對這堂課起了強烈的好奇心,畢竟數學建模不就是透過觀察問題、找出變因再用數學描述來解決問題嗎?隨機這樣一個看似沒有規則的東西要怎麼用數學描述呢?但事實證明當時的我實在是太膚淺了。這堂課打破了我很多的直觀想法,你能想像把常態分布放到微分方程裡嗎?你能想像對常態分佈做積分嗎?至少修完這堂課之前的我是絕對無法想像的。

看到這裡,或許大家會擔心這堂課難度太高。的確,它本來並不是我們大學部學生可以觸及的領域,但這個課程已經經過劉育佑教授的刪減和安排了。事實上,它的第一堂課也只是從高中的機率統計開始,老師的速度也安排的很剛好,在比較難的地方或是新概念出現時也會多做停留和講解,每天都從以前學過的內容再延伸出一點新概念,讓你在驚奇之餘,不知不覺的就把〝隨機〞放到數學模型裡。此外,上課是用投影機配平板上課,上課的內容都會留下來並在課後上傳moodle,讓我可以把抄筆記的時間省下,全部拿來想老師丟出的新概念。每天下課前都會有幾題練習,這時老師和助教就會逐一關心每個同學的狀況,確定我們都有跟上進度,也會提示解法,就算上課時還有沒完全想通的概念,也可以趁這個時候獲得一對一提問的機會,認真上課的話幾乎不會跟不上。回家作業基本上也會是課後練習的類似題,頂多一題用來連接隔天課程而已,需要花點時間但不會解不出來。整個上課的模式我認為很有效率也很充實。

經過這堂課之後,我感覺我對機率和統計又更瞭解一點,發覺到就算是像布朗運動一樣的隨機走動,也會在多次試驗後變成分布,而這個分布的分散程度又會因為觀測時間不同而改變(觀測時間越久,擴散到較遠處的可能性也會提高)

,展現出有相同特徵卻又不同的常態分布。接著又發現,如果假設每個時間點互相獨立的話,影響這個常態分布的時間其實是可以被分段切割的。隨機就這樣在不知不覺中,透過常態分布表示出來。而切割時間,也讓常態分佈也有了積分的概念,並應用到微分方程式裡面,讓本來平滑的人口模型多了擾動,看起來更加真實。而變異數也透過擾動的幅度,讓我們清楚的看見它所代表的數據分散的程度。而這堂課還有一個驚人的地方,那就是當我在寫最後的心得報告,回顧整個課程時,才發現其中教授所用到的數學不過是高中的變異數、常態分布、大一的微積分和一些基本的運算而已。這讓我感到驚奇,但也讓我發現,以前的我對這些貌似基本的東西其實是多麼的不了解。

如果你想了解什麼是隨機,如果你想了解你以前學過的東西有什麼用,又或者你只是覺得寒暑假太無聊,想要來點新奇的,那我相信這堂課肯定可以讓你驚呼連連。

此外,這堂課不只讓我看到我的不足和愚昧,讓我看到我不曾想過的東西,也讓我遇到志同道合的好朋友。他是數學系的學長,我們在課程期間常常互相討論課程的內容,而且在聊天的過程中發現他和我興趣相仿,也對資安和密碼學感興趣,所以我們還有互相交流修過的課和看過的相關資訊,讓我們可以了解自己還有哪些不足的知識。而我認為來修模組化課程,像這樣遇到興趣相似的同學,機會絕對不少,畢竟會願意花暑假來聽課的同學,應該都是對這堂課很有想法的人。

關鍵字 #成大模組化 #數學 #輔系 #衝堂 #常態分布

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