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时间:2019-01-30
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1、TheLadyTastingTeaHowStatisticsRevolutionizedScienceintheTwentiethCentury作者序进入19世纪时,科学界奉行着一种固化的哲学观,即机械式宇宙观(clockworkuniverse)。这种哲学观认为,为数不多的几个数学公式,像牛顿的运动定律(Newton’slawsofmotion)和玻意耳的气体定律(Boyle’slawsofgases),可以用来描述现实世界的一切,并能预测未来即将发生的事件。而对这种预测,所需要的不过是一套完整的公式,以及一组具有足够精确度的
2、相关数据。然而,对于一般大众来说,整整花了40年时间,他们的思想才跟上这种科学观念。这种思想上的落差,典型地体现在19世纪早年拿破仑皇帝(EmperorNapoléon)与皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(PierreSimonLaplace)的一次对话中。拉普拉斯写了一本历史性的权威著作,论述如何根据地球上少数观察数据来计算行星和彗星的未来位置。据说拿破仑问道:“拉普拉斯先生,我发现你的论述中没有提到上帝啊!”拉普拉斯的回答则是:“我不需要这个假设条件。”机械式宇宙观认为,宇宙如同一个庞大的时钟机器,所有的物体都按照一定的规律运动,宇宙
3、永续运转而不需要神的介入;所有将来发生的事件都决定于过去的事件。许多人对这种无神论的思想感到恐慌,从某种意义上说,19世纪浪漫主义运动的兴起,正是对这种精确应用推理的冷冰冰的哲学观的回应。然而,19世纪40年代出现了对新科学的证明,这叫一般人难以想象:牛顿的数学定律被用来预测另一颗行星的存在,而海王星(theplanetNeptune)正是在这些定律所预测的位置被发现的。于是,几乎所有对机械宇宙观的反抗都被粉碎了,这一哲学立场很快成为大众文化的基本部分。不过,就算拉普拉斯在他的公式中不需要上帝,他还是需要一种被他称为误差函数(e
4、rrorfunction)的东西。从地球上对行星和彗星的观察,与用公式所预测的位置并不绝对吻合,拉普拉斯和他的科学家同伴将这归结于观察中的误差,有时是由于地球大气层中的扰动,有时则是人为的。拉普拉斯把所有这些误差都放在一个附加项(误差函数)里,从而将之纳入他的数据描述。这个误差函数吸收了所有的误差,剩下的只是用来预测宇宙星体实际位置的绝对运动定律。当时科学家相信,随着越来越精确的测试,对误差函数的需求将逐渐消失。由于有误差函数来表示预测值与观察值之间的微小差异,19世纪早期的科学可以说是受到了哲学上决定论(determinism
5、)的掌控,即相信所发生的任何事情都预先地决定于两点:(1)宇宙的初始条件;(2)描绘其运动的数学公式。到了19世纪末,误差并没有消失,反倒是增加了。当测试越来越精确,误差也越来越多。机械宇宙观处于动摇之中,试图发现生物学定律和社会学定律的努力也失败了。在物理和化学等传统科学中,牛顿和拉普拉斯所用的那些定律,逐渐地被证明只是粗略的逼近。这样,科学便渐渐开始在新的范式(paradigm)下运作,这新范式就是现实世界的统计模型。到20世纪末期,几乎所有科学都转而运用统计模型了。大众文化还是没有跟上这种科学革命,尽管一些含混的观念和表述
6、,像相关(correlation)、胜率(odds)和风险(risk)等等,已经渗入了大众的词汇,并且多数人意识到了不确定性问题,这是与诸如医学和经济学等学科领域相联系的。但就已经发生的哲学观的深层转变而言,学界之外没有人能够对此有什么理解。这些统计模型是什么?它们是怎么来的?在现实生活中它们意味着什么?它们是现实的真实描述吗?本书正是试图来回答这些问题,其中我们也想介绍一些先生和女士的生平故事,这些人曾涉身于这场革命之中。在处理这些问题时,必须把三个数学概念区分开:随机(randomness)、概率(probability)和
7、统计(statistics)。对大多数人而言,随机只是不可预测性(unpredictability)的另一个说法。犹太教法典(Talmud)中的一则格言,传达了这种通常的看法:“不应该去探寻宝藏,因为宝藏的发现是随机的;按照定义,没有人能够寻找只会被随机发现的东西。”但是,对现代科学家来说,随机性有许多不同的类型。概率分布(probabilitydistribution,这将在第2章中讨论)的概念允许我们对随机性加以限制,并赋予我们有限的能力去预测未来的随机事件。因此,对现代科学家而言,随机事件并不是杂乱的、不可预期的和不可预测
8、的,它们有一个可以用数学来描述的结构。概率是一个非常古老概念的现代用语,它曾出现在亚里士多德(Aristotle)的著作中。这位先哲声称:“不可能事件将会发生,这正是概率的特性。”起初,概率只是涉及到个人对什么事件即将发生的预测,在17和18世纪,一批数学家,其
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