三、万物互联

三、万物互联

进入21世纪以后，随着互联网的应用与普及，我们从4G的人与人互联，逐渐进入5G时代，亦即万物互联的新时代。但是，这种5G技术是怎么实现万物互联的呢？这便要从信息传输的历史说起。

说到信息传递，还要从中国古代的烽火台说起。古代中国在边关要塞建立烽火台，从边关到京都，每隔十里设立一个烽火台。其目的，是用烽火传递边关紧急军情：若遇有敌情发生，则白天施烟，夜间点火，逐台点燃，传递消息。这比其他办法传递都快。但是，这只能够传递两种信号：无烽火，则边关平安；有烽火，则边关军情紧急。如果还想传递其他信息就不行了，需配以“飞鸽传书”或驿站传递等。

电报发明以后，可以改用电信号来传递信息。设想：用电线连接前线与京都，在京都安上一个电灯泡，前线装上一个电路开关。当有敌情时，便按下开关使电线接通，京都的电灯泡点亮；无敌情则不按开关，京都电灯泡不亮。这也是传递两种信息，但所用方法简单多了。如果还想传递更多的信息，那该怎么办呢？例如，除了前方有无敌情外，还想知道前线的天气情况——阴、晴、雨、雪，那么多安装几个电灯泡，多安装几个开关，就可以传递这些信息。方法如下：用数字1表示灯亮，数字0表示不亮，设置以下“暗语”。

按照这种对应关系来按亮或不按亮灯泡，便可以实现信息传递了。如果还要传递更多的信息，只要将0、1的序列加长，就可以实现。而上面所谓的0、1序列，便是二进制数码。于是只要将十进制数码，转换成二进制数码，便可以编出任意长度的编码序列，传递更多的信息。现就我们今天的数码技术，以彩色电视的现场直播为例，做粗略说明。

将现场取景设为长方形，将其横直各分为10000等份，矩形便分成10000×10000个小格子，每个格子就缩成一个小点——一个有颜色的色点。另将可见光的光谱色带也分成100002等份，我们给色带上每个色点编号：从1编到100002号。于是每个色点就对应唯一一个数字，再将这十进制数字改换成二进制数码。于是现场每个色点，都对应唯一一个二进制数码。用电子眼扫描现场，使所有色点都变成一个数码，整个现场便成了一张数字图阵。于是就可以通过电子传输设备，将其传播到远方的观众面前。然后再将数字图阵还原成彩色画面，便完成了远距离现场转播的任务了。

色彩可以分段实现离散化，那么声音的波段，也可以用同样的方法先进行离散化处理，再进行数字化处理，加上电子传输手段，便可以实现手机远距离传声了。凡是可以进行离散化的事物，均可以运用上述方法，进行数字化处理。

数字传输技术，不仅可以传输文字、图片信息，也可以用来进行人体CT扫描、核磁共振等医学检查，对人体进行检测。

所以，有人这样说过，所谓现代技术，无非数字技术，或者说是数学技术。当然，数学不仅是技术，它还是无所不在的数学理论、数学方法。它支撑着整个科学大厦。这个大厦，包括人文科学和自然科学，也包括艺术等等。

我们作为21世纪的现代人，如果还不知道什么是数学技术，那是要被人笑话的。我们已经处于数字化时代、信息化时代。在今天要是不识数，心中无数，不知道数码技术，离开数码技术的产品（包括手机等），那么，生活起来就太困难了。今天，大多数人，特别是青年人，不带手机，连出行都觉得困难了。

中国科学院院士、西安交通大学教授徐宗本，在联合国教科文组织和中国工程院联合主办的以“大数据与知识服务”为主题的“联合国教科文组织国际工程科技知识中心2019国际高端研讨会”上发表演讲时说：“目前人工智能所面临的一些基础问题，其本质是来自数学的挑战。”

2020年，在以“AI与数学：融通共进的时代”为主题的报告讲座上，徐院士问：“数学家眼里的人工智能是什么？”他给出的答案简洁明了：“当下主要指机器学习。”

如果给这个名词赋予一个说明，他认为这是人或者智能体（机器人），通过与环境的交互，来提升自身行为和解决问题能力的智能化操作。“机器学习是把这种智能形式化为数学公式，转换成计算机可以操作的算法和软件。”进一步说，人工智能实际上是一个将数学、算法理论和工程实践紧密结合的领域。将其扒开来看，就是算法，也就是数学、概率论、统计学等的体现。

而这就需要将我们所要面对的对象进行数据打通，人工智能的很多问题都可归纳为两个领域数据打通的问题。即首先要将两个对象加以离散化、数字化，形成各自庞大的数据库，并且要在满足某一个特定的不变量情况下能够互相转移。可以说人工智能和大数据是一对孪生姐妹。而由人工智能产生的大数据，与以前所产生的数据相比，无论是体量上，还是分布规律、因果关系上，都有很大的不同。

人工智能产生的数据之多是以前人们难以想象的。过去我们处理的数据以万、百万、千万、亿计，而现在则要面对加倍再加倍的“大数据”。但作为人工智能基石的数学，还存在许多核心问题有待解决。人工智能更多指应用模式，强调与各个领域知识的结合。大数据是最底层的信息技术，强调机器和机器、机器与人之间的内容交换与理解。

以前我们所学过的数学、统计学的理论和方法，都已经过时。例如，分析大数据的统计学基础面临倾覆，应用于复杂大数据分析的极限理论、统计推断方法、真伪判定等数学基础要重新建立起来。新一轮的人工智能多以深度学习为基本模型，但其数学表示理论还没有解决，还需要建立特定约束下如何实现最优传输的数学理论与方法，这些都需要数学家共同努力解决。

总之，万物互联的时代已经到来，而她的“接生婆”，便是数学和数字技术。把万物离散化、数字化、信息化，并将各个领域产生的大数据（信息群）交互转换，使其互相联通，以实现万物互联。就是这么简单！这难道不是数学和数字技术至简之美的最好体现吗？