军事中的数学应用
军事边缘参数
军事边缘参数是军事信息的一个重要分支, 它是以概率论、统计学和模拟试验为基础, 通过对地形、天侯、波浪、水文等自然情况 和作战双方兵力兵器的测试计算,在一般人 都认为无法克服、甚至容易处于劣势的险恶 环境中,发现实际上可以通过计算运筹,利 用各种自然条件的基本战术参数的最高极限 或最低极限,如通过计算山地的坡度、河水 的深度、雨雪风暴等来驾驭战争险象,提供 战争胜利的一种科学依据。
排队论
亦称等待理论、公用服务系统理论或随机服务系统理论。是研究 系统的排队现象而使顾客获得最佳流通的一种科学方法。在军事 系统中出现的排队现象很多,如指挥系统收 军事运筹学 发军事情报信息,反坦克武器对敌坦克的射击,防空系统对空中 目标的射击,以及飞机的批次侦察轰炸,武器装备的修理等 。 这些军事活动在排队论中可称为“服务”,而服务系统则为指挥 控制系统、反坦克系统、防空系统、侦察轰炸系统、修理系统等。 其中“顾客”是被指挥的部队 ,被射击的坦克和飞机,被侦察 轰炸的目标,以及需要修理的武器装备等。当顾客要求服务的数 量超过服务系统的能力时,就会出现排队现象。排队论即由此得 名。
后来,英国国防部成立以生理学教授A.V.希尔为首的研究雷 达配置和高炮效率的防空试验小组(后改名为作战研究部), 这是最早的运筹组织。
第二次世界大战中英国空、海、陆军都建立了运筹组织,主 要是研究如何提高防御和进攻作战的效果。美国军队也陆续 成立了运筹小组,其中海军设立最早,是由P.M.莫尔斯博士 发起和组织的,主要研究反潜战。
美国将大批人员和物资调运到位,只用了短短一个月时间便结束了海湾战争,这 是由于运用了运筹学和优化技术。因此,人们说:“第一次世界大战是化学战争 (炸药),第二次世界大战是物理战争(原子弹),而海湾战争是数学战争”。
现代战争作战模拟
马克思说过:“理论只有能够使用数字语言加以 描述时,它才真正上升为科学。”战争理论以及 整个军事科学也不例外。数字更深刻地把握住了 战争逻辑,将整个模拟过程量化,从而使兵棋模 拟与传统沙盘作业和图上推演等区别开来,并在 战争实践中积累了大量应用经验。像日本袭击珍 珠港、德国闪击法国、闪击苏联,英国的北非战 役,美国对中途岛海战、诺曼底登陆等著名作战 计划,均应用了作战模拟方法。
R,R0──任一时刻或初始时红军部队、武器或系统的数量,即红军 兵力。
β──蓝军被红军消耗的速率,ρ──红军被蓝军消耗的速率。
──蓝军随时间的损失率,──红军随时间的损失率。
方程与海湾战争
1990年,伊拉克点燃了科威特的数百口油井,浓烟遮天蔽日。美国及其盟军曾严 肃地考虑点燃所有油井的后果。这还不只是污染,因为满天烟尘,阳光照不到地 面,就会引起气温下降,如果失去控制,就会造成全球性的气候变化,可能造成 不可挽回的生态和经济后果。据美国《超级计算评论》杂志披露,五角大楼委托 太平洋赛拉研究公司研究此问题。这个公司利用流体力学的基本方程,以及热量 传递的方程建立数学模型,经过计算机仿真,得出结论:点燃所有科威特油井的 后果是严重的,但只会波及到海湾地区以及伊朗南部、印度和巴基斯坦北部,不 会失去控制,不会造成全球性的气候变化,不会对地球的生态和经济系统造成不 可挽回的损失,亦即不至于产生全球性的后果。这样促使美国下定决心,进兵伊 拉克。
11月7日午夜,海面突然息浪静,巴顿军团按计划 登陆成功。事后人们说这是侥幸取胜,这位“血胆 将军”拿将士的生命作赌注。
其实,巴顿将军在出发前就和气象学家详细研究了 摩洛哥海域风浪变化的规律和相关参数,知道11月 4日至7日该海域虽然有大风,但根据该海域往常最 大浪高波长和舰艇的比例关系,恰恰达不到翻船的 程序,不会对整个舰队造成危险。相反,11月8日 却是一个有利于登陆的好天气。巴顿正是利用科学 预测和可靠边缘参数,抓住“可怕的机会”,突然 出现在敌人面前。
军事边缘参数
2
军事密码学
3
战争中的数学规律
4
军事运筹学是应用数学工具和现代计算技术对军 事问题进行定量分析,为决策提供数量依据的一 种科学方法。它是一门综合性应用学科,是现代 军事科学的组成部分。
第一次世界大战前期,英国工程师 F.W.兰彻斯特发表了有关 用数学研究战争的大量论述,建立了描述作战双方兵力变化 过程的数学方程,被称为兰彻斯特方程。
加拿大皇家空军也在1942年建立了运筹学小组。运筹学作为 一个独立的新学科于50年代初开始形成。
兰彻斯特方程
兰彻斯特第一线性定律(直接瞄准射击):
如按古典战斗方式,双方一一对战时,其微分方程可写成:
(1)
(2)
兰彻斯特第二线性定律(间接瞄准射击): 假定对抗双方均向
面目标进行远距离间瞄射击,其战斗单位数量损失的速率与双方
战斗单位数量的乘积成正比,其微分方程为:
(3)
(4)
双方势均力敌时,由(3)、(4)可得
βR=ρB
(5)
兰彻斯特平方定律: 假定对抗双方均集中火力于某一目标,向对方 射击,其每一方战斗单位的损失率与对方战斗单位的数量成正比,
其微分方程为:
(6)
(7)
双方势均力敌时,由 (6)、(7)可得:
B,B0──任一时刻或初始时蓝军部队、武器或系统的数量,即蓝军 兵力。
巴顿的战舰与浪高
1942年10月,巴顿将军率 领4万多美军,乘100艘战舰, 直奔距离美国4000公里的摩 洛哥,在11月8日凌时晨登 陆。11月4日,海面上突然 刮起西北大风,惊涛骇浪使 舰艇倾斜达42°。直到11月 6日天气仍无好转。华盛顿 总部担心舰队会因大风而全 军覆没,电令巴顿的舰队改 在地中海沿海的任何其他港 口登陆。巴顿回电:不管天 气如何,我将按原计划行动。
军事密码学
研究军事密码编制和破译技术的学科。主要研 究:编码与破译理论;编码与破译工程;信号 的侦察、分析与识别;各类密码编制的保密强 度等。它广泛用于通信保密、数据保密和计算 机保密等领域。
凯撒密码
凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制, 在古罗马的时候都已经很流行,他的基本思想 是:通过把字母移动一定的位数来实现加密和 解密。例如,如果密匙是把明文字母的位数向 后移动三位,那么明文字母B就变成了密文的E, 依次类推,X将变成A,Y变成B,Z变成C,由此 可见,位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。