提到数学,大多数人会觉得离我们真实的生活太遥远了。如果不从事相关工作,我们能用到的数学可能仅止于算数。但凡有高等数学的底子,其实数学的方法能给生活带来非常深刻的启迪。
数学用计算来解决问题的思路和方式,就是数学思维。数学思维是对数学方法的高度概括,是方法的指导论。运用这些方法,不仅可以解决数学问题,还可以解决生活中的问题,并且非常有效。
《心中有数》恰当地证明了这一点。在这本书中,刘雪峰老师从生活中的难题着手,运用数学思维和方法来进行原则上的探索,将数学解决问题的逻辑应用于实际生活,在一种普遍意义上,使生活中的决策更有效率。
作者从思维、方法、学习和表达三个方面来看待数学对生活的影响的。对于喜欢数学的人来说,发现数学公式和定理能够解决实际问题,会产生莫大的兴味。
特别对于复杂现象背后的数学规律,其计算之神秘,让人怀有无穷无尽的妙趣。
在思维篇中,作者通过数学找到的理性看待日常的观点,大多是颠覆我们的常识的。作者有理有据的将数学论证引入世界观,意图找到解释世界、预测世界的根本大法。
事实上这些论证充分的理据也表明,我们看待日常的方法可以更有效。
学习篇侧重于全面探讨数学在计算机领域与学习相关的成果,与学习方法的重合之处,以提高机器学习、图像识别的深度神经网络、人工智能方面的进展,来提升我们学习职业技能等的能力。
同时这一篇也展现了利用奇异值分解的数学原理,来进行清晰表达的概念。
此外,方法做为数学的一项功能单列一篇,从解决难题的策略和技巧方面,来提供生活各方面所遇问题的解答。包括如何做(如何设计、模仿),和做的策略(决断、解释、程序、变换等)。从策略高度破解难题的关键,找到更底层、更本质的解法。
理不理性,在于怎么看
我们怎么看世界,决定了我们如何改造它。而改变的程度,在于我们看世界的角度。从数学的角度,比如概率论,便可以判断到底是“人定胜天”,还是“逃不过命运”,或者是“谋事在人,成事在天”。
从数学思维可以知道,我们所遭遇的所有事情的可能的全部结果是未知的,但是事情发生的结果的概率是可以测量和估计的。
它也同时告诉我们,没有谁能保证成功,但是通过努力可以提高成功的概率。
比如通过选择成功概率较高的、自己感兴趣并且擅长的领域持续深耕,可以大概率提高成功的概率。又比如,即使付出了全部努力,但成功在某种程度上讲,仍然只是一种概率事件。
从这里读者可以看出,“概率论”的世界观与“宿命论”、“事在人为”的世界观的最大区别便在于此。
幸福不仅取决于我们如何看待人生,更取决于我们如何获得幸福。而一般读者一定想不到幸福与卷积的关系。
卷积是近年来应用于比较热门的神经网络的概念,它是信号发出与响应之间的特殊关系。
简单来说就是对持续序列信号的响应的系统叠加。这个叠加效应远高于单个强信号的响应。
举生活中常见的例子就是持续的小困扰和持续的小确幸一样,给人带来的痛苦和幸福都要更深重和更长久。而相反的重大的幸福和深重的痛苦事件,往往会随着时间消逝,其影响远不如持续的小困扰和小确幸带来的影响深刻。
幸福还与我们看待事件的因果关系有关。当两件事情看起来相关,我们容易直接推论由此事情导致了彼事情。却不知,两件事关于另一个事件条件独立的情况非常普遍。
条件独立的概念为:当相关事件A、B关于第三事件C条件独立, 意味着A发生很可能导致C发生,而C发生很可能导致B发生。换句话说以C发生为前提下, 相关事件A或B是否发生并不能推断出B或A是否发生。
“下雨天(A),心情不好(B)。”这是两个相关事件,而不是因果事件。 不能说心情不好是下雨天的结果,而应该说下雨天天空阴暗(A),给人的感觉很压抑(C),所以心情不好(B)。
作者引用哲学家叔本华的话话,“让我们感到幸福或者不幸,这不取决于他们本来的面貌,而是取决于我们如何看待它们。”用意在于说明这一点。
方法是策略,以一敌百
书中提到的许多数学思维与控制系统有关。而我们的大脑就像一个有机的控制系统,对于生活中遇到的一系列事件做出一系列合乎目的控制行为。当我们为了获得更多的幸福感,我们就必须掌握如何对行动进行有效控制的方法。
善于行动的人懂得掌握一个方法,就是好好利用正反馈来提升自己。正反馈就是正向循环,对一个行为进行正向(好的、积极的)的反馈,使该行为朝好的方向持续循环动作。
简单的正反馈如:努力学习便成绩好,成绩好更加努力学习,更加努力学习,又导致成绩更好……如此不断相互促进循环。
正反馈的作用对于构建幸福生活至关重要。当我们希望成就一件美好事物的时候,它指导我们如何开始、如何达成。
因此在做事情之时,我们有必要观察和寻找某些好的正反馈,前期通过坚持和忍耐来帮助自己形成惯性,一旦正反馈的飞轮自动转起来,好的结果就会顺势而成。
我们也可以利用负反馈来控制行为。负反馈是将结果与目标的差距作为反馈内容,以此为驱动力对系统进行调整,通过不断的缩小差距,而达到一种平衡控制的状态。
它按不同的时间面向,分为三类:考虑现在差距的比例控制、考虑过去一段时间积累差距的积分控制,和预计未来差距于现在作出调整的微分控制。
区分三种负反馈的意义在于综合这三种控制策略后,大多数情况下就能够大概率实现目标。这种综合控制策略又称为PID控制。
换句话说,PID(比例—积分—微分)控制,通过校准过去、现在、未来三个时间面向的差距,来最终控制反馈的结果,使结果大概率保持正确。
引入时间因素可以作全面参照,不易偏离目标。比如为了实现财务自由。你有必要存储资金用于投资,在定期将工资的一部分存入银行的控制策略上,便可以借助 PID控制。
分别三类支出,或统计过去一段时间的超支额(超过预计支出,并占用存储资金额)计算本期支出计划;或根据目前支出与目标支出额之差做计划;又或考虑将来的某些意外事件,提前调整计划,最后综合三种计划便能形成一个较完整的控制支出方案。
学习与表达,为一不二
与PID控制类似,此类数学思维也可以应用到学习提升上。即使读书、看报、看电视剧也能快速成长的方法,一是主动预测,二是从差距中学习。
这两个步骤变形成了一个负反馈为调整内容的正向反馈。反馈的是差距,但是通过设定更高的目标而达到一个正向的循环。
这种快速成长学习的方法,以主动预测为前提,需要学习(或观剧)者在过程中的关键节点处随时停下来,主动对问题提前进行思考分析,给出自己的解决方案。
接着对照书本要点(或接下来的故事情节)检验预测内容与书中观点、论证(或剧情)的差异,思考认知水平和思维层次上可能进步的空间。
而这样简单的方法运用到学术论文的阅读写作上,会让读写论文水平大大得到提升。
拿到对标论文后,先了解要解决的议题,接着放到一边,在白纸上记下自己的解决方案和推导论证,然后比较对标论文的思路,通过评价两者优劣来判断是否值得就这一议题深入研究发表。
《心中有数》全书贯穿应用数学思维的控制系统论观点,结合人工智能等计算机领域的前沿发展,从日常生活琐碎而复杂的事件出发,提出一系列应对生活难题的整套简洁控制策略和方案,给我们创造幸福生活带来许多实用启示。
作者的一个个有价值的发现,帮助我们透过数学公式看到背后闪现的理性光芒。经由他展现的蕴含在公式和算法里的智慧,让我们看清事物运行的数学逻辑。同时,借用作者提供的数学科学视角,也能帮助我们更好地决策和行动。
作者运用他扎实的数学功底,从数学原理讲到生活中大大小小问题的解决方案,将高深的数学思维与日常联系在一起,拓展了我们对数学学科的认识,也为更好的应用数学奠定了基础。
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