《谈谈预测科学的泉与流》

——介绍一种新的预测科学探索

吴寿樑

    人类总是至身于自己力所能及之事。有位著名教授讲过：“拒绝预测就是拒绝生存”，“决策的失误是最大的失误”。早在公元交，我国周末汉初时期，我国出现了《河图》、《洛书》，社会广泛流传“八卦”预测术，《周易》学说兴起。但是人们也曾踏入败局之途，比方说“算命术”的流行就使中国堕入了预测的深渊，产生了为害社会的淆谈。诚然，《幻方》数学的产生，《幻方》结构像一块基石，它不愧是中国人的骄傲，它终将是人类在预测科学的始祖。我们不妨回顾20世纪下半叶人们在预测方面所做的工作。

    20世纪50年代，人们最关心的气象与地震灾害预测就大多采用“外推法”进行的。比如天气图气团学说就以本法为根基，它是一种科学理论预测预报法。诚然“外推法”（包括当前最先进的卫星云图法）只准确于短期、超短期预测的方法，中期、长期预测无能为力。于是，这是人们常常采用观象辅助预测，“天象”和“动植物异常”现象，为人们拿手的预测法。

    20世纪60年代，兴起了数理统计学预测预报法。比方说，民间传说的“天气谚语”就反应着某地区的气候规律：“有雨天边亮，无雨顶上光”；“朝看天顶穿，暮看四脚悬”；“三月下大雨，四月晒河底”；“十雾九晴天”；“雷公先唱歌，有雨也不多”；“日晕三更雨，月晕午时风”；“二八东南大旱天，三七东风水浸田”；“冬在中，十个牛栏九个空，冬在尾，卖掉黄牛换棉被”……许许多多的生动形象的流言警句，唤起了人们对天气气候灾害的注意，时刻提醒人们注意天象的变化，以保证农作物的丰收和避免灾害的袭击。后来科学工作者总结了天物象与各种参要素资料的“关联分析”、“分差分析”、“马尔可夫链矩阵分析”、“F-检验”、“周期分析”、“拟合误差分析”、“正交多项式法”、“多元线性迥归分析”、“训练迭代法”、“逻辑函数设计”等等数理统计预测预报法。

    到了20世纪70年代，人们广泛使用时间数据序列的曲线波峰、波谷预报法，这是一种科学探讨的方法，但是这时人们还是停留在较先进的数理统计学分析的基础上，至于如何去预测未来序列曲线波的某个峰、谷的升、降，又如何相关预测灾害突变的发生等，还是比较困难之事，未能找到一套科学的道理去说明之。

    于是，到了20世纪80年代，人们又广泛兴起了模糊、灰色、混沌等边缘数学学科的预测原理与方法。这些学科初步能解释预测的原理与根基。我们是处在茫茫的灰色世界之中，世界的客观事物总是处在有其最高值和最低值的变化范围之中，并且其扰动是遵循混沌现象，以大、中、小尺度层层自相似发展的，分维、分层、分模理论，能建立起自己所需要的“灰靶”，然后去“打靶”，这是一种崭新的科学方法。

    20世纪90年代，人们进入了数值计算预测时代，数值预报借助电子计算机，借助于先进的卫星云图等工具，已经能够准确地进行24小时、48小时的外延法预报，并企图进行一个星期以至十天的预测，诚然，使用动力学方程组的这种预测法对待一星期以至十天左右的具体预测仍是徒劳的，至于月报、年报就更无能为力了。

    我们生长在地球，地球上的一切事物都是遵循唯物辨证法的。目前，从源泉中流来了一种新的预测技术方法，它包括如下要点：

    i/万物皆“圆”，万元皆“灰”，万灰存“钟”，万钟在“动”，事物均“否极泰来”。

    ii/“周期”“韵律”“钟”的存在是预测学的根基，“事物钟”是预测可能实现的基石。

    iii/“方圆结构”数学学说，继承了我国古代《幻方》数学原理，解决了预测学的基础原理，它能包含以上预测学的泉与流。

    方圆结构理论既是唯物的，又是辩证的。由前面所述，用动力数理方程进行数值计算（机）预报，是将“实用数据序”放到动力方程和计算机中，希望所产生的结果再出现新的“实用数据外延序”，这种经典理论方法的特点是从动力方程中直接产生结论，过多地强调“扰动”（“湍流”、“耗散”、“混沌”等）。模糊数学、灰色系统等学科理论，则是将“实用的离散数据序”经过一定的数据处理（如“均生处理”、“累加光滑处理”等），再放到动力方程中去，是使用经典理论的一种先进创新。然而，我们所论的“方圆结构理论”，是将“实用数据序”或者是一种实用的“时空生成客观数集”放到准匀对称的方圆结构中去，让其产生“散”“聚”现象，希望重新得到的“客观实用外延数据序”经过一定的数据处理（如“均生处理”、“累加光滑处理”等），再放到动力方程中去，是使用经典理论的一种先进创新。然而，我们所论的“方圆结构理论”，是将“实用数据序”或者是一种实用的“时空生成客观数集”放到准匀对称的方圆结构中去，让其产生“散”、“聚”现象，希望重新得到的“客观实用外延数据序”（这是二维面上的），这是一种客观机构的过程，避免过多的人为因素，体现敢“以变对变”、“以灰对灰”、“以动对动”，“以静对静”的唯物辩证法过程，所以不同于前两者，数据原原本本，不容易产生误差，即能从“实用结果数据”再到“实用结果数据”，强调“平衡”、“均匀”、“对称”和“事物钟”为主，而且这种平衡均匀对称的事物钟是在灰圆闭包体内的“扰动”、“耗散”、“混沌”状态发生的，这种结构既是平衡，均匀对称结构，亦是散合混沌结构，是二者的统一，所以一般都能产生良好的实践效果。《方圆结构理论与实践》一书（14万余字）问世于1995年，它的主要内容有：（一）概论；（二）方的结构；（三）圆的结构；（四）方圆结构定理；（五）方圆结构的基本数学方法；（六）参数序与时空数集的形成；（七）半方圆结构；（八）钟方结构；（九）实践研究模例资料；（十）学术展望等。它的分阶层，分模靶的大、中、小尺度自相似结构理论，能给我们实践中的短期、中期、长期甚至超长期的有效预测预报方法。它将终能成为预测学的一支分流，曾被著名教授誉为一支科坛奇葩。