美妙的六度分隔理论——偶然与必然中的哲学与科学

美妙的六度分隔理论（一）——地球上的任意两个人一定能够通过有限的中间人联系起来 分类：数理逻辑 | 科学探索  标签：图论 | 数学 | 社会学 这篇文章的原题《崇拜 安藤忠雄 水之教堂 梁静茹》，Iris 同志已经问过我两次，为何这篇文章还躺在草稿箱里。唉，本来这篇文章 Tim 是准备写点建筑和音乐的，怎奈江郎才尽写到一半就写不动了。幸而今天突得灵感，让本人有了个非常好的主题继续这篇文章。接下来，一篇横跨社会学、数学、图论、计算机科学、建筑和音乐的国庆献礼大片即将上映。由于这篇文章预计垂直篇幅会达到2米，所以 Tim 决定分卷发布，一来方便阅读，二类也减轻写作负担。 Tim 曾经痴迷于 Six Degrees of Separation ——六度分隔理论（什么是六度分隔理论？）。此理论称“平均只需要六个人，就能把任何毫不相干、互不相识的两个人联系起来”。这就是所谓的“小世界理论”——即世界上的任意两个人之间平均只隔着六层人际关系的距离。也就是说，正在阅读这篇文章的读者您，Tim只需要通过另外五个人就能找到你。哈哈！所以千万不要制造不和谐的噪音，因为 the big brother is watching you ~~~ 呵呵，开个玩笑先。这听起来似乎有点玄乎，比如 Tim 我和 Obama 放在一起，无论怎么生拉活扯地找五个中间人也联系不起来吧。理论中所提及的人际关系乃是指实实在在双向交往关系，所以不能简单的说 Tim 崇拜 Obama，Tim 和 Obama 之间就存在着人际关系。这很像 Twitter 的模式，比如我 follow 了李开复，每天我都能看到李开复老师发表的他和他的新公司消息。然而反观 Tim ，人微言轻的我发表的言论那就真的是“旷野的呼喊”了，李开复老师根本知道还有个 Tim 在 Twitter 上费劲地喊话。只有当李开复老师某一天在遥远的某个地方听到 Tim 的某句呐喊，并且产生了兴趣，然后 follow 了 Tim ，那么我们之间在 Twitter 上才算真正的产生了双向交往关系，才能称之为 Twiiter 上的一对朋友。 从这个角度来看，这个理论简直就是谬论。从 Tim 本人出发，直线地想下去，真的很难找出能把我和 Obama 联系起来的中间人，别说五个了，估计五百个人放在中间也联系不起来。我想读到这里的您，一定也在努力地思索您自己和某位名人的联系吧。所以 Tim 第一个要论述的观点是： 世界上任意的两个人是可以通过确定数量的中间人联系起来的 为什么找不到答案？因为您陷入了死循环的思维方式。比如 Tim 的思维过程：第一层关系我就找 Iris 吧，然后我开始找第二层关系，也就是我在想 Iris 和谁是朋友呢？一分钟之后我想到了 Iris 和 Cecil 是朋友。OK，继续，咱们来找第三层关系，Cecli 和谁是朋友呢？又一分钟之后我想到 Lisa。OK，再继续 …… 然后在经历了无数个一分钟之后，Tim 恍然大悟！虽然第二层我找到了 Cecil ，第三层我找到了 Lisa ，可是 Cecil 和 Lisa 都是和我有直接交往的人，也就是说其实 Tim 找到的 Cecil、Lisa 和 Iris 一样，都是和 Tim 有直接交往属于 Tim 人际关系网中第一层的人。所以这样找下去，可能可以找出所谓的第一百层，然而这一百人其实都位于 Tim 人际关系网的第一层中，找到所谓的第一百层只能很荣幸地说明 Tim 有一百个朋友，但根本没有触及真正的第二层人际关系。 我想，绝大多数人都陷入了这种思维模式——在熟人的交际圈里面找自己的熟人。这是一条死胡同，如果只是这样直线下去，你仅仅只能在自己的“小世界”里面搜索很有限的人际关系，这几乎无法找到答案。那么请你换个思路，试想把全世界六十亿人所形成的人际关系变成一张阡陌相通的网络，每一个人都是这个网络中的一个节点，而每两个有双向交往关系的人之间由一条通路连接着，就像下面这张图。这只是一张为表达本观点的简图，请读者自己试在脑海中勾勒六十亿人形成的这个真正的庞大的网络，网络的各个节点之间有着如蚕丝般数不清的千丝万缕的联系。 Tim 不能肯定，但是数学家可以肯定，在这个无边无际、四通八达的网络中，Tim（节点A）和 Obama（节点B）之间一定会有一条通路，至于这个通路经过了几个节点（即中间联系人个数，本图中为六个），这是 Tim 后面要论述的。 这个图中只有节点 1 与 Tim 有直接来往，剩下五个节点都是 Tim 根本不认识的。所以要想找到答案，从第二个人开始，您要找的不是这个人的朋友中与您有交往的人，而是这个人的朋友中可能跟您毫不相干的人，这样你才能真正的走出第一层。打开思路以后，Tim 还真的找到了我与 Obama 的联系。 1. Tim 曾经供职于一家著名日本企业S，我与我部门的高级经理O有着工作关系，没有私交； 2. O经理呢，直接向S企业大中华区总裁C汇报，C总裁当然也直接对O经理负责，他们有工作关系，至于私交不得而知； 3. C总裁呢，当然直接向S企业CEO H汇报，H CEO当然也直接对C经理负责，他们有工作关系，至于私交仍然不得而知； 4. 然而H CEO又是S企业前CEO N亲自任命的，工作关系肯定有了，至于私交肯定也不错吧，否则以H的背景如何在强手如云的S企业中脱颖而出； 5. 接下来，前CEO N乃日本权势家族后代，其父、岳父都与日本政治界交往颇深，而N本人也从2000年起在日本政府IT部门任要职，当然N与日本历任首相福田康夫、麻生太郎、鸠山由既夫都有工作关系，私交也不必多说，再民主的国家，私交都是政治成就的重要一环； 6. 最后，一边是日本首相，一边是美国总统。Tim 与 Obama 如何联系了起来，就不用多说了吧？ 怎么样，有点不可思议吧。Tim 只用了五个中间人、六层人际关系，就沾上了 Obabma 的光。其实如果您看过了前面的链接什么是六度分隔理论？，您就会了解到，为了 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 这个理论，人们已经进行了许多实验： 1. 首次用于证明该理论的连锁信实验（纪录于未注明日期论文”Results of Communication Project”）中，米尔格伦寄出六十封信给堪萨斯州威奇塔市自愿参加者，请他们转交到马萨诸塞州剑桥市某指定地点的股票经纪人。参加者只能把信交给他认为有可能把信送到目的地的熟人，可以亲自送或者通过他的朋友。虽然有50个人参与了实验，但当信传到第五个人手上时，只有三封信抵达了目的地。米尔格伦在他1967年的那篇著名论文[该论文PDF下载]中提到在最初的试验中，其中的一封信在不到四天的时间内，就被传达到了目的地，但是他却忽略了一个重要事实，那就是实际上只有不到5%的信件最终被送达了。在随后两次连锁信实验，因完成连锁的比例太低，实验结果未被发表。 2. 利用维基百科证明六度理论。原理：利用维基百科每篇条目内的链接，计算从一篇条目到另一篇条目的最少点击数。爱尔兰都柏林大学圣三一学院学生 Stephen Dolan 据此制作了维基百科六度理论查询器。这个查询器目前只适用于英语，它证明了以英文维基百科的中心是2007，并且从这个条目开始，平均只需要3.45次点击，就可以到达英文维基百科中其余的2,111,479篇条目。同时也有位中国人实验了一下，在中文维基百科上新浪到中央电视台的最短路径为3。 3. 利用MSN证明六度理论。微软的研究人员 Jure Leskovec 和 Eric Horvitz 过滤了2006年某个单一月份全球通过MSN发送的信心，利用一亿八千万名使用者的三百亿通讯息进行比对，结果发现任何使用者只要透过平均6.6人就可以和全数据库的一千八百亿组配对产生关连。高达87%的使用者在7次以内可以产生关连。 然而，三个实验中，实验样本的数量相对于全世界六十亿人来说，是微不足道，也难以让人信服的。得出六度分隔理论中6这个数字，多半也是大量经验的积累。所以 Tim 斗胆用自己所学过的知识，在下面的文章中探讨与六度分隔理论相关的一些学术问题。 美妙的六度分隔理论（二）——偶然与必然中的哲学与科学 分类：数理逻辑 | 科学探索  标签：宗教 | 物理学 | 社会学 <<上一篇 地球上的任意两个人一定能够通过有限的中间人联系起来 相信阅读完上一篇文章，您一定对“六度分隔理论”有了一定程度的认识，说不定自己也小试身手跟某位名人联系了一把。从这一节开始，我们要深入浅出地讨论一些与该理论相关的学术问题，比如把”任意两个人联系起来的度（即中间人数量）一定是六吗？”、”如何用科学的方法更快速的找出联系任意两个人的通路？” 不过开始前首先要说的是，如果读者您是文科生、艺术生，千万不要被吓回去了。Tim 会结合生活中的实例和大家高中都学过的基础数学知识，深入浅出地，像斯蒂芬.霍金给大家讲述宇宙、时间、空间的关系那样，把枯燥的理论问题娓娓道来。 偶然与必然，这个魅力无穷的话题 平均值的概念，我想大家从 小学 小学生如何制作手抄报课件柳垭小学关于三违自查自纠报告小学英语获奖优质说课课件小学足球课教案全集小学语文新课程标准测试题 一年级就有了吧，然而您可能不知道在高等数学分支——概率论和随机过程中，它有着更深奥的含义和一个更酷的名字——数学期望。科学理论是很严谨的，所以六度分隔理论的提法是“平均只需要六个人”。既然理论中使用了平均值这个属于概率论范畴的概念，那么六度分隔理论实际上是可以用概率论和随机过程来研究的。举个例子，Tim 和 Iris 联系度是1，Tim 和 Obama 的是6，然而 Tim 和金正日同志的度可能会高达1000，那么难道六度理论就错了吗？完全不是，概率论所研究和证明的对象是”偶然中的必然“，如果以”必然中的偶然“来断定理论的正确与否，那就是片面的科学了。 从这里开始，请允许 Tim 暂时离开六度分隔理论，谈谈本人对于偶然和必然的一些认识。概率论并不是想告诉我们只有必然才是正确的，偶然永远谬误。偶然是必然的表现形式，必然则是隐藏在偶然后面的自然规律。就比如说读者您，您的父母在多少年前的某年某月某日某时某分某秒恩爱了一下，然后上亿小蝌蚪中的某一只在马拉松赛跑中脱颖而出，有幸遇上了那个等待已久的黄花大闺女，并且与她双归双宿爱的温床，然后，十个月后你就这样非常偶然地来到了这个世界。换个角度，对您的父母来说，除非他们患有不孕不育症或者决定丁克到底，那么生育出一个后代是显而易见必然的事情。所以说，您这个偶然的产物便是您父母必然会有的后代的一个表现形式，如果您有兄弟姐妹，他们仍然和你一样，都是偶然与必然的统一体。 上帝玩不玩骰子，爱因斯坦很纳闷 难道上帝也玩弄骰子吗？ 偶然与必然，这一对矛盾统一体隐匿于宇宙万物之中，以至于人类文明史上最聪明的爱因斯坦虽然发现了自然界中一些违背经典物理学的随机现象，但到最后仍然没能看明白，一直坚信“上帝不玩弄骰子”。可他的好友，同样也是人类文明史上最伟大的物理学家之一普朗克看明白了，他用量子力学挑战了爱因斯坦、众多权威还有世俗，他说：“上帝不只是喜欢玩弄骰子，他用掷骰子来决定一切！” 伟大的相对论并没有为爱因斯坦带来诺贝尔奖，因为相对论对于那个时代的人来说太深奥了，瑞典皇家科学院的诺贝尔评委们没有一位能理解相对论。但是爱因斯坦是早期量子力学最有力推动者，他对光电效应的研究直接催着了量子力学的诞生，反而是这个使他获得了1912年诺贝尔物理学奖。然而，作为世界上最后一位经典物理学家，随着量子力学的不断完善，他开始不能容忍该理论所揭示的“世界的本质是随机的”这一理论，转而在他余生中苦苦寻找一个能统一电场、磁场和引力场的大一统场，但是在这个领域他没能再次达到巅峰，反而是普朗克因其对量子力学的巨大贡献获得了1918年诺贝尔物理学奖，同时也掀开了物理学新的篇章。 量子力学和相对论并非矛盾，他们各自从不同的角度诠释了自然规律，一百多年前，这两个理论并驾齐驱领跑人类科学事业，能够领会其精髓的人屈指可数，放在一百多年后的今天，它们似乎仍然非常深奥。我们说什么叫领会和理解，无数大学物理系本科学生都会运用相对论的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 来进行计算，然后得出结论——高速运动物体上的时间会变慢。不过很可惜，他们只是个计算器，我想真正理解相对论中“相对”之内涵的人寥寥无几。对于相对论感兴趣的读者，Tim 建议您阅读苏联著名物理学家伽莫夫的科普巨著《物理世界奇遇记》（这是一本介绍相对论的通俗科普读物，下载本书PDF文档），我也是读完这本书后，才对相对论有了基本的领会。比如书中是开篇是这样解释“相对”的： 宇宙中没有绝对的时间与空间。当您在一列火车上吃晚餐时，在您自己看来，吃下第一口和最后一口是在不同时间的同一地点完成的：您面前的餐桌上；而一位在火车外面的人看见您正在随火车前进，您的这两口是在不同时间的不同地点完成的。为什么同一件事情，不同的观察者得出了不同的结论？因为观察的结果是相对的，它取决于观察者的参照物——您相对于火车在观察自己的位置，而火车外面的人相对于大地在观察您的位置。而为什么两者都得出了同一时间的结果，那也非常好理解，您和车外的人观察时间的参照物都是同一个“地球时间”。相对的时间乃是理解相对论的关键，因为在地球上您很容易站在不同的空间位置中来观察同一事物，而几乎不可能找到除了“地球时间”外的另一个时间参照系…… 这就是角度决定一切！为什么伟人能够高屋建瓴，因为他站在比凡人更加广阔的视角上来观察事物。哲学与科学本是融汇贯通，我们可以说相对论里蕴涵了“换个角度看问题”的哲学思想，也可以说“角度决定一切”的说法渗透了科学素养。所以，科学家请停止谩骂哲学家的矫揉造作，哲学家请不要侮辱科学家的刻板呆滞，你们都是人类灵魂的导师。 上帝在哪里？ 我们言归正传，来继续偶然与必然这个话题。如果量子力学是正确的，上帝总是在掷骰子，那么周杰伦同学又说：“我的地盘我做主”。是啊，每个人的生活向来都是自己理性或是感性地在做主。某个人要是完全用掷骰子的方式决定自己的生活，那一定会被送进精神病医院的。结合其它症状，这类病人可能会被诊断为广泛性焦虑症、社交恐惧症、强迫症或者抑郁症。读者您可能纳闷，闹了半天原来 Tim 你就是想说上帝有精神病啊。且慢，请看下文。 几年前一次暑假归家的旅途上，曾经偶遇几个到我家乡旅游的伦敦同龄人。话说我家这里穷山恶水的，居然有朋慕名从西土大英帝国而来，感动得我热泪盈眶。既然是同龄人，那当然还是有很多共同语言的。基于标准英语的共同语言，他们之间的对话我一句也听不懂，据他们说年轻人说的都是slang。那还可以理解，除了四川slang，我基本也听不懂中国其它省份的slang，更别说大英帝国的slang了。 交谈伊始相互试探，从体育入手，得知他们住在北伦敦，我就顺势说我可是阿森纳的忠实拥趸啊（不是故意找话题，我本来就是），没想到对方的“趸”位比我还高，其中一女叫：“Thierry Henry!!! Oh my god, he is the most sexy man in the world! ”引得全车厢人注视。顺其自然的我们开始聊伦敦的房价和经济，突然我想到结婚生子的问题，我说咱们中国人现在养不起孩子啊，所以很多年轻人干脆丁克。可是呢有些“丁”到快四十岁“丁”不住了再来要孩子，这下好了，高龄产妇，问题多多，腹中胎儿既不保量，更不保质。没想到其中一个女孩说道：“Terrible thing! If I don’t get married and have a baby before 30, my mom will kill me! ”这让我大吃一惊，我说丁克也是你们西方传来中国的概念啊，怎么你们自己还这么保守呢？他回答道：“We are more conservative than you think. Most people still can not accept science today. They think what science has brought to us has betrayed their faith. They only believe in God. ” 于是他们教了我两个老长老长的单词，发音和拼写本人早已忘至九霄云外，但是至今我还记得意思，一个是“笃信上帝的人”，一个人是“笃信科学的人”，并且当时他们还根据与我的交谈，断定我是后者。 这么多年来，我一直在思考我到底算不算笃信科学的人呢？有时候我也会慨叹命运、笑问苍天。可上帝是谁？是基督耶稣，是真主穆罕默德，还是佛祖释迦牟尼？最近一年 Tim 才算真正的想明白，其实上帝本是个无所谓有、无所谓无，既不是人、也不是物的东西。（如果读者您是小学生，千万不要拿这句来练习缩句，否则我说上帝又有精神病，又不是东西，大逆不道啊。） 他就是上帝吗？ 所有的宗教都会塑造一个圣人，不论正教还是邪教。人们笃信宗教从表面上来看，乃是对本教圣人的崇拜，并以圣人为榜样来举止行为。可转念一想，这个所谓圣人的存在性和真实性根本无从考证。宗教的创立者只不过是设置了一个符号化的圣人，为的是让芸芸众生感到和蔼可亲，感到一位导师在循循善诱的教导他们如何做人、如何生活，而宗教的本质也无非是通过符号化的圣人向教徒们传递信念、真理、道义（邪教除外），就如佛教告知以我们要乐善好施、慈悲为怀、平易近人、与世无争…… 说道这里，我想读者您该知道 Tim 想明白了什么了吧？韩愈曰：“师者，所以传道，授业，解惑也。”上帝传道让我们明理，科学解惑让我们明智，上帝与科学乃特级教师，向人类传授事理、天理这些万事万物背后更古不变的规律。所以说没有必要再区分笃信上帝还是科学，世界上的每一个人都是上帝和科学的得意门生。 前面说过上帝与科学传授人类的乃是“更古不变的规律”，可呆板的规律如何创造五彩缤纷的宇宙？我说过必然是隐藏在偶然后面的规律，规律是很难被人发现的，那个充满争议的、自称为能与上帝对话的、可以看清宇宙背后规律的、一手制造了相当于数百个原子弹当量的通古斯大爆炸的科学巨匠尼古拉.特斯拉更是千古一人（哇！他是谁），所以凡夫俗子们眼中能看到并理解的只是一个由必然规律的支配但偶然产生的宇宙和其中一切偶然的事物。 命运又是个什么东西？ 规律尽管不变，但规律有灵活 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ，不同的参数便导致了不同的偶然结果。说起民族命运，比之如马克思主义，当它被运用到沙俄大地上时，产生了一个类似于美利坚合众国的新联邦——苏维埃社会主义共和国联盟；当它来到华夏大地时，一个高度中央集权的社会主义新中国——中华人民共和国诞生了；然而当它跨国鸭绿江时，却造就了一个无异于封建高丽王朝的国家——朝鲜民主主义共和国。 或许您可以接受文章开头提出的每个人都是偶然的产物这一论调，可是您还是会问，难道我下一秒要做什么也是偶然的吗？我完全有能力决定我下一秒该做什么！OK，我们说过“角度决定一切”，您看不到随机性在您身上的体现，是因为您选择了一个狭窄的角度——孤立地观察每一个决策。 Tim 现在引导您来连续地看问题，比如，现在艳阳高照，所以 Tim 决定马上出门去书店买一本《新量子世界》（这是一本介绍量子力学的通俗科普读物，下载本书PDF文档），没想到上路不久突然倾盆大雨，Tim 一盘算离书店还远着呢，反正也不着急看，于是立马决定掉头跑步回家。短短五分钟内，Tim 做了两个决定——好天气好心情出去买书和风云突变立刻回家，似乎都是必然的选择。可是您换个角度看问题，当执行买书的决定后，我根本无法预测这个决定将会给我带来什么后果，刚刚 Tim 不幸地遇上倾盆大雨，那如果碰巧没下雨而是半路遇到失散多年的挚友，我可能会作出和朋友一起去茶馆里叙叙旧的决定，或者一路顺风到了书店我发现没有《新量子世界》我会决定买一本书店现有的《果壳里的宇宙》。 热爱思考的读者应该发现了，其实从某种意义上来说决策是必然的——什么样的情况下做出什么样的决策。但是，每个决策所产生后果是不可预测的，某个偶然的结果导致新的情况，又促使我们作出新的决策，然而我们仍然不知道这个决策将会带来什么样的后果……所以，看似必然的决策其实是由前一个决策的某个偶然的后果所直接催生的，当你把任何事物的演进看成 … 决策 -> 不可预测的后果 -> 再决策 -> 又是个不可预测的后果 -> … -> 又（N个）是个不可预测的结果 -> 再（N个）决策 -> … 那么理解“宇宙的本质是随机的”这一量子力学的中心思想也就轻而易举了。宇宙的演化、人的一生都是这样，一旦把它们看成一个连续的演变过程，其中便充满了随机性和偶然性，谁也也不知道下一秒钟将会发生什么。说道这里，我忽然明白硕士课程里学的《概率论》高级版《随机过程》为什么要叫《随机过程》了！任何孤立的事物只有从它演变的过程这一角度来观察它，才能发现体现在其身上的“宇宙的本质是随机的”这一自然规律。所以研究事物的偶然性，本质是研究“随机的过程”而不是一些孤立的偶然事件。 上帝也喜欢玩扑克 写到这里，Tim 哲学般的大悟！！命运是什么？命运就是“上帝负责洗牌，您自己负责玩牌”罢了，这乃是偶然必然矛盾统一最经典体现，生命的进程就是生物个体不断地在各种偶然的情况下作出必然的决定。所以，停止怨天尤人吧，上帝不会眷顾某人，每个人得到的都是一副洗乱的扑克牌，只不过某些人的前面几张就是King、Ace、Joke，而您的却是是2、3、5。请不要灰心丧气，大牌都在后面呢，最后的赢家才是真正的高手！ 一切都是不可确定的 说完命运，我们还是来看看马科斯.普朗克的量子力学揭示了一个怎样的随机世界，下面是量子力学的基石之一著名的“海森堡不确定性原理”： 海森堡不确定性原理（Heisenberg Uncertainty Principle，有时也被译成海森堡测不准原理）是指在一个量子力学系统中，一个粒子的位置和它的动量不可被同时确定。 位置的不确定性和动量的不确定性是不可避免的： 粒子和动量似乎太深奥，Tim 在这里把他们简化为事物和速度。那么海森堡不确定性原理通俗的说就是“没有任何办法可以同时确定某个事物的位置和速度”。还是很难理解吧？要理解它，首先您要把“随机的宇宙”根植在心底。我们大家都学过的基础物理公式“位移 = 速度 × 时间”揭示了只要知道某个事物的运动速度和运动持续时间，就可以计算出它的位移量。OK，如果我们能够同时确定某个事物的位置和速度，那么位移公式得出的位移加上该事物当时的位置，我们将能预测该事物下一时刻的必然位置。这是违背“随机的宇宙”这一本质规律的，所以量子力学指出——宇宙中没有任何方法可以同时确定一个事物的位置和速度。 可是您仍然要说：“我很清楚我自己在哪里，也很清楚我会走多快。有啥测不准的？”还是我们前面提到的角度决定一切。Tim 举个身体里面的例子来让您明白吧。 在 Tim 写作这篇文章的时候，我身体里的250亿个红细胞随着我的血液流动到我的各个器官组织中为我供给氧气，让我坚持写完这篇长篇大论。如果单看其中一个红细胞（我们把她拟人化为“小红”），小红所能看见的世界只有周围的血液和盛装它的血管壁。小红觉得很清楚自己的方向，根据她所到达血管的直径，她可以判断自己现在是在大血管或者是毛细血管里，同时她也能够无忧无虑的在血液中以各个泳姿锻炼身体；但是，如果以 Tim 的角度宏观来看，我却发现小红一会儿跑到了我的大脑里，给我的某个神经细胞供应了一点氧气，一会儿又跑到了我的指尖，为我敲击键盘提供能量……尽管她的行踪让我琢磨不定，我还是非常感谢她的勤勤恳恳！可是，小红根本不知道她在为我工作，也不知道血管之外还有人体这个美妙的世界，更听不到我对她的感谢了。她只是在血管里自由自在地游荡，过着惬意的生活，心肝脾肺对于她来说是个未知的世界。 反之以人类个体的角度来看这个问题，尽管您觉得您可以确定自己现在的位置和速度，但是您能确定您相对于宇宙的位置和速度吗？这可不像用 GPS 定位地球上的经纬度那么简单，宇宙到底是什么，宇宙到底有多大，宇宙是什么形状，人类都尚未弄明白，就更别提在宇宙中定位自己了。我想人类个体或许就是“宇宙”这个生命体身上的一个个小小的细胞，我们看不清地球以外的世界，只能跟随着地球在宇宙中漫无目的地流浪。看似每天时刻不停地忙碌着，也许就跟红细胞一样只是在做一项一成不变的、一项比我们具有更高智慧的生物安排给我们的任务，对于人类来说，这个任务就是“生活”。至于每个人的“生活”可以为宇宙带来什么（就像红细胞的“生活”为人体带来氧气），我们不得而知，那需要用比人类更高等的智慧来揭示。 言归正传 我在这篇文章里大谈了“偶然与必然”，目的是让读者深刻地理解偶然与必然的辩证统一，为接下来论述六度分隔理论做准备。就像文章开头提到的，在六十亿人里面随便挑一个与自己找联系，其中的中间人个数可能是1至60亿其中的任何一个。这里面“随便挑一个”和“随机的结果”都暗示了六度分隔理论本质也是一个蕴涵了“偶然与必然矛盾统一”的事物。六度分隔理论不是用来精确计算某两个人之间的联系度的，而是指出世界上六十亿人两两组合所产生的1.7999999997×1019个联系度结果的平均数是6，当然也可能是别的数字 X ，这正是我们要讨论的内容，只要我们能证明这个 X 是个确定的数字，而不是无穷大，那么这个“ X 度分隔理论”就是正确的。 下一篇文章中，Tim 将带领大家在概率论中寻找 X 的答案。 图片来源 文中除爱因斯坦纪念邮票图片和马科斯.普朗克肖像图片来自维基百科媒体共享外，其余图片均来自 Google 图像搜索。嘻来嚷往站对它们放弃所有权利。 著作权信息（站外使用本文请保留以下内容） 文章作者：Tim 原始站点：嘻来嚷往 – IF YOU SEE SOMETHING, SAY SOMETHING. 原文标题：美妙的六度分隔理论（二）——偶然与必然中的哲学与科学 发表日期：2009年10月03日 原文链接：http://xirang.ca/2009/10/chance-and-certainty-in-the-philosophy-and-science 版权协议：本作品采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 2.5 中国大陆许可协议进行许可，作品中的文字和图像若非明确指出著作权归属则均受到该协议法律文本的保护。站外使用请严格遵守协议，嘻来嚷往站保留诉诸法律的权利！如有异议请与站长联系。 美妙的六度分隔理论（三）——无处不在的数学期望 分类：数理逻辑 | 科学探索  标签：决策 | 彩票 | 数学 | 期望 | 概率论 | 计算机网络 | 路由算法 <<上一篇 偶然与必然中的哲学与科学 做事情切忌半途而废，今天开始继续完成这篇宏大的《美妙的六度分隔理论》系列中的第三篇。 上一篇中我们谈到了“生命的进程就是生物个体不断地在各种偶然的情况下作出必然的决定”。每个人都在时时刻刻地做着各种各样的决定：下一秒钟我该歇歇出去喝杯水再回书房来写这篇文章，下一分钟我该去网站上看看有没有新的噪音，下一小时我该去洗漱睡觉；对于国家而言，更是时时刻刻在做着关系到民族兴衰的种种决策：三十年前我们决定要搞改革开放，十年前我们要搞经济软着陆，而今天我们要用宽松的货币政策度过金融海啸（虽然这其实只是用泡沫来支撑泡沫的下下策，不过这篇文章中不谈经济）。 认识一下数学期望 读者可能会问，把一个普通黎民百姓的生活琐事和国家大策相提并论，一个是拍着脑门子下意识做决定，一个是汇集了全国的精英们用各种数字和计算来做决策，这能同日而语吗？能，当然能！在上篇中，我们曾经提到数学期望其实是平均值的升级版，其实任何决策的本质都一样——不论个人、集体还是国家，决策者总是选择实施那件对决策者自身来说数学期望最高的事情。通俗的说，数学期望就是决策者即将做的事情将会产生的所有后果事件为他带来的效益的平均值。 正态分布曲线 (via Mathematics in Trading: How to Estimate Trade Results) 先简单从数学角度来说说概率与期望。上图展示了一种自然界中最常见的随机现象——正态分布（什么是正态分布？）。其中纵轴为事件发生概率，横轴为事件产生的效益。从图中我们可以看出，某一个决策所能产生的全部事件概率之和为应该1，即100%。而该决策的数学期望为曲线与横轴包围的面积，可以看出在0刻度的左右两边是面积相等的正负两部分，所以我们不需要高等数学知识也可以得出此正态分布的数学期望为0。 这印证了上篇中我们讨论的偶然与必然的关系，偶然表现在，某决策的后果事件可能落在包含整个实数域的整条横轴上，但是越往两头的事件发生的概率越低（+4和-4以外可以称之为几乎不可能发生的小概率事件区域），必然表现在效益为0的事件有40%的发生概率（图中曲线顶点处），这个值也和该正态分布的数学期望0相吻合。如果把数学期望等同于必然，那么我们可以说，任何事情总是尽可能地朝着必然的方向去发展，但是不排除小概率偶然事件发生的可能性。我想，未雨绸缪、防患于未然，这些成语的科学根据就来自这里吧。 前一小段似乎太学术了，接下来Tim将会用生活中例子，让您理解生活中数学期望。比如说，我现在渴了但是又想继续写文章，那么我需要在去喝水和继续写文章之间做个决断。关于是否去喝水这个决策我们用快乐指数（满分100分，最低0分）来衡量它的后果事件的效益。 首先来看看去喝水所产生的各个结果的快乐指数 喝下一杯水后无外乎两种结果： 1. 不渴了——感到不渴了的概率是60%，快乐指数80，因为没能继续写文章，减掉20分； 2. 仍然有点渴——概率40%，快乐指数0，因为又没解渴，又没能继续写文章，我很郁闷。 那么数学期望是怎么计算的呢，来看下面这个很好理解的公式： 做某件事情的数学期望 = 后果1的效益 × 后果1的发生概率 + 后果2的效益 × 后果2的发生概率 + … + 后果n的效益 × 后果n的发生概率 下面我们用这个公式来计算去喝水所能带来的快乐的数学期望 Happy Drinking ： Happy Drinking = 80 × 60% + 0 × 40% = 48 接下来我们看看继续写文章带来快乐指数的数学期望 1. 情绪高涨——继续写文章让我兴致勃勃，完全忘了口渴之事的概率是40%，快乐指数90，因为虽然没感到口渴，但还是对身体不好的，减掉10分； 2. 奄奄一息——口渴着继续写作让我身体透支的概率是60%，快乐指数10，因为虽然透支了，至少还是写了几行字，给个10分吧。 Happy Writing = 90 × 40% + 10 × 60% = 42 现在大家看到了，Happy Drinking 比 Happy Writing 高了6分，所以我立刻决定去喝水。 …………五分钟后，Tim回来了。您可以看到仅仅6分的微小差距，就促使我在刚刚的五分钟内选择了喝水而放弃了写作。我想这大概可以形容为"失之毫厘，差之千里"吧，没想到千年前的中国成语里就蕴涵了现代科学的理论。所以说作为一个炎黄子孙，理应为中华民族感到自豪，但是千万不要把这种情绪变成盲目骄傲自满，否则1840年的那场"用中国的矛，戳穿了中国的盾"的民族耻辱将会再次上演。 言归正传，可能读者您仍然觉得很纳闷儿，什么快乐指数，什么发生概率，那不都是你自己定的，这还能叫数学吗？我在这里想说的就是，数学只能给予我们公式，但是公式里的参数是需要我们自己去填补的。这就能解释为什么在同样的情况下，不同的人会作出不同的决策了，因为每个人的性格和阅历都是各异的，虽然用同一个数学期望的公式来计算，读者您用自己的数据代进去，那么说不定去喝水就是42分，继续写作就是48分，那您就会作出继续写作的决策。 彩票的阴谋 要体现出数学的魅力，那我们就再举出一个生活中再平常不过的彩票的列子吧，当然仍然和数学期望有关。 眼花缭乱的数字之后有着怎样的阴谋？(via Google Image Search) 首先为了简化问题，假设我们嘻来嚷往站今天开始发行“嘻嚷”福利彩票，本彩票单注售价2 RMB，设置五个奖项，并且控制了每个奖项的中奖率如下： · 你娃今天被鸟粪击中奖：奖金10000 RMB，中奖率0.01% · 你娃今天踩狗屎奖：奖金1000 RMB、中奖率0.02% · 你娃今天鸿运当头奖：奖金100 RMB、中奖率0.03% · 你娃今天手气不赖奖：奖金1000 RMB、中奖率0.04% · 你娃今天无私奉献奖：奖金0 RMB、中奖率99.9% 好的，现在有一位资深彩民Who走了过来，这是一位乐观的彩民，根据他多年的博彩经验，他估计到“嘻嚷”福利彩票的中奖率为0.1%、0.3%、0.6%、1%、98%。OK，花2 RMB买彩票的后果事件无外乎就是获得本站事先设定好的五个奖项其中一项的奖金，至于每个后果发生的概率，Who也是心中有数（尽管与本站内部设定的概率稍有出入，也八九不离十了，Who是相当的资深），下面我们来看看Who心中，买一张“嘻嚷”彩票的数学期望吧： Who的“嘻嚷”彩票的回报预期 = 10000 × 0.1% + 1000 × 0.3% + 100 × 0.6% + 10 × 1% + 0 × 98% – 2 = 11.7 注意，为什么最后要减去2，因为不管你中不中奖，这2 RMB是一定要付出的。Who觉得这个结果不错嘛，每一注"嘻嚷"彩票预期可以为他带来11.7 RMB的收入，于是高高兴兴的买了10注离开。 鉴于我们嘻来嚷往站现在越来越有名气，不一会儿又一位资深彩民When闻讯而来，估计他的博彩生涯没有什么出彩的记录，所以他相当悲观地、并且十分走运地估计到“嘻嚷”福利彩票的中奖率为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、99.9%（这与我们内部控制的中奖率完全吻合）。OK，来看看When心中，对于“嘻嚷”彩票的悲观期望吧： When的“嘻嚷”彩票的回报预期 = 10000 × 0.01% + 1000 × 0.02% + 100 × 0.03% + 10 × 0.04% + 0 × 99.9% – 2 = -0.766 When非常失望，每注居然预期要倒赔0.766 RMB，太不划算了，于是他认定“嘻嚷”为垃圾彩，转身离开了。 钞票在哪里啊，钞票在哪里？钞票在那成堆的数字里。 那里有奸商啊，那里有黑贩！就不让你轻易地得到它！ (via Getty Images/盖蒂图片社) 呵呵，到这里我们看到了When的精明，但是您应该更深层次地看到“嘻嚷”彩票所代表的广大商人的精明。俗话说“无奸不商”，商人是永远不会做亏本生意的，每注彩票对于彩民的预期是-0.766 RMB，反过来对于我们“嘻嚷”彩票的发行商，那就是+0.766 RMB的预期收入。所以说，什么10000 RMB的大奖，那都是逗你玩儿呢。像When这样巧合地估计到了“嘻嚷”彩票内部控制的中奖概率那才是中了"你娃今天被鸟粪击中奖"。但是走运的人毕竟少数，每天只要有1000人上当，嘻来嚷往站就会有766 RMB的预期收入。所以还是不要指望什么一夜暴富了，在一夜暴富上下赌注，只会让彩票发行商一夜暴富，对于平头老百姓来说，踏踏实实致富才是正道。 六度分隔，一定是六吗？ 我们似乎离开六度分隔理论太久太久了……其实《美妙的六度分隔理论》系列本来就是Tim借“六度分隔”发挥，来侃大山的，不过现在该是回归正题的时候了。 我在上篇《偶然与必然中的哲学与科学》文末提到“在六十亿人里面随便挑一个与自己找联系，其中的中间人个数可能是1至60亿其中的任何一个。这里面“随便挑一个”和“随机的结果”都暗示了六度分隔理论本质也是一个蕴涵了“偶然与必然矛盾统一”的事物。” 六度分隔理论不是用来精确计算某两个人之间的联系度的，而是企图找出世界上六十亿人两两组合所产生的1.7999999997×1019个联系度结果的平均数，既然提到了平均数，那么这个问题就可以用概率论中数学期望的方法来研究，因为数学期望是平均值的升级版！ 如果从概率论的角度出发，那么六度分隔理论的问题应该描述为： 把世界上任意两个人两两组合，求，把每一对组合中的双方通过有限的中间人联系起来的度的数学期望是多少？ 接下来我们用M指代全球总人口，并且为了简化问题，我以自己为中心开始叙述。并且我们假设，每个人类个体平均相互认识（简称相识）其他S个人，注意，是相互认识！如果是单向认识，那就没有讨论没意义了！ Tim现在要和世界上另外M-1个人找联系，那么，随便在这M-1个人中抓一个出来寻找我和他之间的联系度，这个度是多少呢？很显然，从1度到M-1度都有可能，不过这不是我们想要的答案，虽然从1度到M-1度都有可能，不过这M-1个结果发生的概率是不一样（正如文章开头的正态分布曲线所示），我们想知道这M-1个度的数学期望是多少。 1度的概率 首先我们从1度这个结果的发生概率来分析。1度的情况就是在M-1个人中，抓出第一个就和Tim相识，这种情况概率是多少呢？这很简单，就跟10个球里面有3个红球，抓出第一个球就是红球的概率是3/10=30%那么简单。现在有M-1个人，根据前面“每个人类个体平均相识其他S人”，那么抓出第一个人我就相识的概率当然是S/(M-1)，于是，我们把1度发生的概率记为： 2度的概率 接下来我们来看2度，稍微复杂些，有两种情况可以产生2度的结果。 情况一：在M-1个人中抓出的第一个人和Tim虽然相识，但是接下来在剩下人中再抓出来的第二个人和Tim不相识，但是与第一个抓出来的人相识，这样Tim就通过第一个人和这第二个人联系了起来，所以度是2。这种情况发生的概率是多少呢？ 首先，抓出第一个人就和Tim相识的概率前面已经讨论了，是P1 = S/(M-1)，但是事情还没完，我们还要抓第二个人，这个人首先不能跟Tim相识，其概率为1-S/(M-1)，并且还要与第一个抓出来的人相识，其概率为S/(M-2)于是（为什么M-2，因为已经排除了不相识的Tim，所有剩下的M-2人中第一个人还认识S个人），抓第二个人满足与Tim不相识但是与第一个人相识的概率是(1-S/(M-1))×(S/(M-2))=S(M-S-1) /(M-1)M-2)。 接下来，由于是独立地连续抓两个人，因此这是一个可以利用乘法原理的概率事件。所以2度情况一发生的概率为这两个连续事件概率之积： 情况二：在M-1个人中抓出的第一个人就和Tim不相识，于是接下来在剩下的人中再抓出来的第二个人必须和Tim还有第一个人都相识，这样才能通过第二个人将Tim和这第一个人联系起来，产生2度的结果。这种情况发生的概率是多少呢？ 首先，第一个人和Tim不相识的概率为1-P1，接下来在剩下人中再抓出来的第二个人和必须同时和Tim还有第一个人相识的概率为S/(M-1)×(S-1)(M-2)（为什么是(S-1)/(M-2)，因为第二个人相识Tim后，他在剩下的M-2人中认识的人就只有S-1人），于是2度情况二发生的概率为： 2度总概率：由于情况一和情况二可以并行发生，所以适用加法原理，2度的总概率为： 3~N度的概率 说句老实话，Tim已经很努力地计算3度的概率表达式，然后企图用数学归纳法找到N度概率的表达式，怎奈告别学校，告别数学太久，又或是思维方法不对，我计算的3度概率表达式就已经达到了惊人的计算量，所以只有放弃！ 欢迎有兴趣的读者出谋划策，我们继续研究下去。我相信这个N度概率的表达式PN=F(M, S, N)在数学上是一定存在的。接下来，我们就假设这个概率表达式已经找到，继续论述。 X度分隔理论？ 前面我们已经讨论了Tim与世界上其它所有人找联系所可能产生的后果事件分别发生的概率P1~PN，我们还知道每个事件的度分别为1~N，现在我们就可以计算Tim与世界上所有人之间联系度的数学期望ETim了。根据数学期望公式有： 我们看到ETim是一个关于M和S的函数，当然，这肯定是一个很复杂的函数，找这个函数也不是我等之辈的可以完成的，数学家们忙活了几十年也还无建树。不过就像前面提到的PN的表达式一样，我们相信ETim的表达式在数学上也是一定存在的。于是我们研究的人类群体的M=60亿，曾经有社会学家给出每个人类个体平均相识S=260个人，把60亿和260带入函数，便可以计算出Tim与世界上其他所人联系度的数学期望ETim。 接下来，我们可以看到，在整个社会网络中，所有其他人与Tim的地位是平等的，也就是说，任意的另外一个人Bob与世界上其他人联系度EBob=ETim=E。 OK，那么我们来看人类总群体相互联系度的数学期望EAll为多少？EAll即为X度分隔理论中的X，挑中任意一个人的概率均为为Ppick=1/M： 也就是说研究X度分隔理论的X其实只用研究一个人类个体就行了，不过非常抱歉，才疏学浅的Tim无法计算出这个E是多少，所以X度分割理论的X仍然悬而未决…… 六度分隔理论的实际意义 这个六度分隔理论其实不仅仅适用于人际关系，Tim觉得任何带有图性质的关系网络都可以应用，比如：计算机网络、航线和机场组成的航空网络等等。我也曾在别处与很多人讨论过六度分隔理论，大部分人的观点是这个理论没有任何实际意义，就算证明了是六又有什么用呢？ 其实应用是非常多的，举一个计算机网络中的例子。整个计算机网络就是通过许多不同层级的路由节点链接起来的，正如下图（via Mr Hari Seldon）： 图中蓝色圆盘上放的白色机柜就可以看成不同层级的路由节点。您在访问嘻来嚷往时，并不是通过您的电脑直接从嘻来嚷往所在的服务器存取数据，而是经过不同层级的路由器，一步步将数据从嘻来嚷往所在的服务器转发到您的电脑中。 所以，当您发起访问嘻来嚷往的请求时，计算机网络会利用路由算法，寻找从您的电脑到嘻来嚷往所在服务器的一条路由路径，以让数据顺利传输。由于数据每经过一次路由转发，都会产生一定延时，所以路由算法会尽可能寻找一条经过路由节点最少的路径，以减少数据传输的耗时。 如果我们的六度分隔理论的“六”是正确的——把网络中任意两个节点联系起来的中间节点个数最可能为6（即数学期望是6），也就是说在上图中，路由算法应该找到绿色的这条，只经过6个路由节点的通路，而不是红色那条经过11个节点的绕行道路。可是现在计算机网络中的路由算法找到了这条最短路径吗？让我们来看看从Tim的电脑访问嘻来嚷往实际的路由路径： Terrible! 整整经过了17个路由节点，这与6也相差太远了，也就是说现有的路由算法选择了比那条红色的还要绕道的路径。 六度理论成立的意义，就在于为人们改进现有路由算法提供了一个理论依据，以经过6个节点为首选目标进行算法优化。真希望下一次再用tracert xirang.ca命令，能看到一条只经过五、六个节点的路由路径，计算机网络算法 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师们任重而道远，哈哈。 著作权信息（站外使用本文请保留以下内容） 文章作者：Tim 原始站点：嘻来嚷往 – IF YOU SEE SOMETHING, SAY SOMETHING. 原文标题：美妙的六度分隔理论（三）——无处不在的数学期望 发表日期：2009年11月26日 原文链接：http://xirang.ca/2009/11/mathematical-expectation-everywhere 版权协议：本作品采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 2.5 中国大陆许可协议进行许可，作品中的文字和图像若非明确指出著作权归属则均受到该协议法律文本的保护。站外使用请严格遵守协议，嘻来嚷往站保留诉诸法律的权利！如有异议请与站长联系。