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世界的随机性与不确定性:智能与预测、局部与整体、概率与一切

2020年2月2日  来源:scottcgi 作者: 提供人:fanya66......
世界的随机性与不确定性:智能与预测、局部与整体、概率与一切

本文,将会深入分析解读,随机性不确定性的概念、来源和它们之间的关系,以及在随机不确定的世界里,智能、预测、概率各自所扮演色角色和意义。

最后,还会在局部与整体的不同视角下,探讨概率的呈现与连接,以及概率世界下的概率思维。

主题目录如下:

  • 随机性与不确定性
  • 超越数
  • 智能与预测
  • 局部与整体
  • 统计与概率
  • 概率与视角
  • 极限与概率
  • 结语

随机性与不确定性

随机性(Randomness),这个词描述的是我们无法预测的变化,我们也会因为无法预测,而认为具有随机性。预测的目的是为了确定,如果我们对具有随机性的事件进行预测,就会得到——不确定性(Uncertainty)。

例如,掷骰子的结果具有随机性,预测这个随机结果,就会得到不确定性。我们可以说,掷骰子是随机事件,其结果是不确定的。

由此可见,随机性——来自于物理现实的自然运作,不确定性——来自于预测随机性得到的结果。而不确定性的结果,通常是一个概率,这代表随机性在统计上所呈现的规律。但需要注意的是,就算我们可以确定随机性的概率分布(Probability Distribution),如骰子每个面的概率均是1/6,但这仅仅代表的是一个可能性,其投掷结果依然是无法准确预测的不确定。

那么,在物理现实中,为什么会有随机性呢?其来源,可以从微观与宏观两个角度来看:

首先,在微观上,量子力学只准许我们得到不确定性。

也就是说,对于微观的物理过程,我们的理论无法得到确定的结果,只能得到确定的概率,即不确定的结果,例如:热力学噪声、光电效应、量子效应等等,都是如此。

这个不确定性的背后,就是微观物理现实的随机性——这是我们永远无法准确预测的变化,可以称之为——真随机

那么,这种由理论模型(即数学逻辑与公式)给出的不确定性,也称为偶然不确定性(Aleatoric Uncertainty),或统计不确定性,即:已知的未知,或已知的不确定性,或确定的不确定性。

例如,哥德巴赫猜想就是——已知的未知,量子力学就是——统计不确定性。

而微观的随机性,其影响不仅仅只会在微观,它们会通过从量变到质变的积累效应,最终在宏观形成巨大的差异性,这一过程也被称为——蝴蝶效应,即:微小的随机性,造就天壤之别的不确定性。

其次,在宏观上,因为数据量不够(没有模式)、或是数据量过于庞大(算力不够)、更或是缺少有效理论(认知缺陷),都会导致我们无法准确预测。而我们会把这些因素导致的不确定性,也都归结为具有随机性,例如:

  • 预测行为,会因为数据量少(没有模式),而不确定。
  • 预测经济,会因为数据量大(算力不够),而不确定。
  • 预测黑洞,会因为缺少理论(认知缺陷),而不确定。

但这些随机性,都会随着人类不断地积累数据和掌握规律,最后变的可以被预测确定。所以,这些随机性,可以被称之为——伪随机。

那么,这种由认知模型缺陷导致的不确定性,也称为认知不确定性(Epistemic Uncertainty),或系统不确定性,即:未知的未知,或未知的不确定性,或不确定的不确定性。

例如,大统一理论就是——未知的未知,金融危机就是——系统不确定性。

显然,从(伪)随机到确定的过程,就是从未知到已知的过程,但已知范围增大,随之也会让未知范围增大。因为未知范围,就是已知与未知的交界范围,如果已知增大,交界范围就会增大,随之未知也就会增大。

这也就是为什么,我们知道的越多,不知道的就更多的原因所在。

那么,在交界范围之外的未知——就是未知的未知,这代表着我们不知道还不知道什么。而我们把伪随机当成真随机的根本原因,就在于存在未知的未知,即存在我们不知道的未知。

但需要指出的是,在实际中,有时明明不是随机(即我们可以准确预测),但我们假装它是随机,这种情况的随机性,也被称为“伪随机”,即:假装随机的意思。

例如,计算机程序中的随机函数,都是可以被准确预测的“伪随机”,但我们却“假装”随机函数给出的是真随机数字,这在游戏中被大量使用(如宝箱、抽卡、浮动属性值等)。

综上所述,随机性——意味着预测的不确定性,而随机性有——真随机与伪随机,其中真随机是——已知的不确定性(即已知的未知),伪随机是——未知的不确定性(即未知的未知)。

同时,我们会发现,在宏观抛开那些未知的未知,剩下的,就都是可以被准确预测的确定性,例如:化学反应、机械运动、能量转换、飞行控制、天体运行等等。

但当这些宏观确定性,深入到微观的时候,就会从确定性变成不确定性。也就是说,宏观确定性,依然是由微观不确定性所构成的,即:在宏观可以确定结果,在微观仅能确定概率。

可见,是概率连接了微观(不确定性)与宏观(确定性)。

然而,任何随机性,都会随着时间变化,最终得到确定的结果,即:不确定的概率随机出确定的结果。

可见,是概率连接了随机与确定。

超越数

在数学上,实数集(即连续统)与可数无限集之间的区别,就在于是否包含超越数(如π和e)。而我们不得不承认,超越数,其实占了实数的绝大部分——甚至几乎填满了所有实数集。

超越数——指不是代数的数(即不是任何代数方程的解),且无限不循环的数。

编程大师——查尔斯·佩佐德(Charles Petzold),在《图灵的秘密》一书中说道:

“千百年来,我们对数的概念,完全是偏颇和扭曲的。我们总是重视整洁、秩序、以及模式,然而我们又生活在一个折中与近似的世界中。我们只关注那些对我们有意义的数字,例如:为了数农场里的动物,我们发明了自然数;为了测量发明了有理数;在高等数学中又发明了代数数;接着又在实数中挖掘出了很多数。但却完全无视了,实数海洋中,其它犹如微生物一般繁多的数。”

“我们生活在一种很安逸的幻觉中:有理数比无理数多得多,代数数比超越数多得多,这些都是我们的一厢情愿,事实上,在实数的世界中,几乎每一个数都是超越数。”

“这些超越数到底是什么?它们中大多数仅仅就是,随机的数字序列,安全没有模式、规则和意义可言。实际上,任何一个随机的数字序列,几乎都是超越数。”

随机性 / 不确定性 / 智能 / 预测 / 局部 / 整体 / 概率

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