高等數學、線性代數、概率論與數理統計、幾何學這些知識可以用來幹什麼

2021-02-25 廣東金融IT課程學習

知乎@謝漠煙

其他三項,不研究少數工科確實沒用,但概率統計真乃應用數學之王。鄙人學業從數學院開始,以經濟學院結束,現在在證券公司做苦逼行業研究,深有體會。

概率統計拋開了數學中的「確定性」,以「不確定性」的視角看待世界,並且做出了「量化不確定性」的壯志,這種氣魄,真的不是其他數學分支能夠比擬的。

大多數數學分支,比如數學分析(對不起,高等數學這麼業餘的詞我實在不習慣),都是站在高峰看人類,是上帝的視角,研究出美輪美奐的數學公理框架。

但是概率統計,真正貼合日常生活中人類的感知。

在社會中,並不存在「給你一個因為,你還給我一個所以」的確定性。一切社會規律,都需要概率統計來挖掘!

所以,絕大多數社會科學最終都會通過概率統計走向量化,這也是現在「經濟學帝國主義」泛濫的原因——畢竟經濟學是數學滲透最狠的社會科學了。

舉幾個例子。

1. 經濟學

經濟學中,被稱為恐怕是經濟學最準確的定理是恩格爾係數:隨著收入的提高,食物消費比重下降。這個如果沒有概率統計的挖掘,僅僅憑眼睛去看是無效的。

因為恩格爾係數定理,如果翻譯成數學語言:其實是「當收入提高時,在 90%的情況下,食物消費比重有所下降」。只有明白了這一點,才能夠有力駁斥對恩格爾係數的質疑——畢竟你總能找到增加了一點收入就去吃一頓大餐的反例。

2. 遊戲營銷

遊戲營銷中有一個很有用的指標,叫做 ARPU 值。即平均每用戶收入,一個遊戲 1 千萬用戶,每個月收入 5 千萬,那麼月 ARPU 就是 5 元。

學了概率統計的人,就應該很敏感地意識到,5 元的 ARPU 值,不是每多一個用戶,就多 5 塊錢的收入。5 元只是期望(均值),但是期望僅僅是數據分布中的一個重要指標而已,即使加上方差,也不能反映全部。

所以,5 元的 ARPU 值遊戲,和另一個 5 元 ARPU 值遊戲,是本質上不一樣的!

這一點,突出反映在中國和海外的手機遊戲的區別。

一旦用概率統計分析海內外遊戲的差別,就會發現,同樣 ARPU 值為 5 的手機遊戲,中國遊戲方差極大,而海外遊戲方差小很多。

所以繼續深挖,採用另一個統計指標 ARPPU,平均每付費用戶收入。(上述遊戲,如果有 100 萬付費用戶,ARPPU 為 50)

這個時候,你就能發現,同樣是 ARPU 為 5 元的遊戲,國內 ARPP可能是 100,而海外的是 30。

那麼你需要做什麼呢?這個時候經營過的人就能想出,面對海外市場,你應該擴大流量,讓遊戲好玩。

面對國內市場,你要伺候好土豪,比如分級客服(交錢最多的 VIP1,其次的 VIP2,等等),比如弄幾個人和金主土豪陪玩坑錢,等等等等。

而現在國內手遊市場,就是這樣做的。

3. 考試

用概率統計的思路,你就知道考試是由三方面決定的。一、水平(期望);二、穩定性(方差),以上兩點決定了你分數的概率分布;三、運氣(最後落在哪一個樣本上)。

你能控制的只有前兩項。

所以面對比較有希望的考試,或者高考這樣考在每個分數都有用的考試,你應該做的是增加期望,減小方差兩方面努力,就是努力做題目(提高期望),做題目做得面面俱到(減小方差)。

面對如數學競賽這樣考不上一等獎啥用都沒有的考試,而你水平恰恰又差一個檔次,希望相對較小,這時你要做的呢,就是努力做題目(提高期望),把最重要最可能考的類型鑽研到很深,不太可能考的就算了(增加方差)。

知乎@西貝心合

大家從各個方面解釋了這幾課的功用,那我就從工程(機械工程)的角度來說明一下吧 。

第一,高等數學,這門課通用性之廣可能是你所想不到的,舉個例子(因為我是機電專業,故而例子大部分是機電設計):

PID 控制器,P 是比例,I 是積分,D 是微分,PID 控制器可以模擬電路,也可以是數字系統來模擬的電路。

例如用單片機來模擬,但無論哪種方法,都涉及系統的參數設定,顧名思義,PID 需要比例參數,積分參數,微分參數,這三者的確定以及之後的運算,均是在高等數學的基礎上的。

液壓伺服閥,對於液壓方面的計算,其實原理應用均為「流體力學」,對於流體力學,你們日後大概會接觸到,通用公式,基本上都是需要高數基礎來推導的。詳情請去圖書館借閱《液體力學》 。

第二,線性代數,這門課,說實話,更是牛 B,我想你在高中時代肯定學過坐標系的轉換,例如坐標平移,極坐標轉換等等。

那你現在想一個問題,給你一個兩關節機械手,你如何控制這個機械手的運動問題,我如何控制各個伺服電機來決定這些機械的運動位置與力的大小呢?

這些問題在《機器人運動學》與《機器人動力學》中有詳細的探討。

如果讓我告訴你,它們運用到的知識,可以這麼說,用的是「矩陣」,我想通過線代的學習,你應該對它不會陌生,對矩陣的運算,如求逆陣啦,伴隨陣啦,都需要。這只是在我了解的領域內知道的線代應用。

第三,概率與統計,我想這個不用我多說了,古典概率不必多講,生活中用到它的情況比比皆是,還有一些實例,我想在課本上應該有所涉及,如醫學上,用概率論來判斷一種新型藥物是否有效。

統計呢,這個……以後你到公司裡,不能一涉及帳單就找財務吧,那財務還不忙死……還有很多問題帳務也處理不了,因為如果涉及工業工程,學經濟的財務還真不一定懂,你可以看一下《工程經濟學》,這裡面有很多統計方面的應用。

第四,幾何學,對於一些經典的幾何模型,其實我們每天都在用到,例如求圓周長,面積,求一些標準體的體積等等,只不過我們把這些知識劃歸了常識。

而現代文明僅僅是這些基本的幾何知識是遠遠不夠的,所以我們要用很多高等數學的知識來解決一些幾何問題。

例如幾何學中的一個重要的分支——解析幾何,工程中常用的 Pro/E 三維軟體,只要你構建了一個幾何體,無論它有多麼的不規則,只需要點一下求體積的按鍵,它就能給你算出來,如何實現呢?電腦運算快,但不智能,所以算法要你來寫,用程序寫出來,這些算法,其實就是高等數學中的解析幾何啦。

當然,不會那麼簡單,其中定然還要用到一些更高深的數學,例如一些有限元的算法之類的。(沒有深入了解過 Pro/E 中的求體積算法,如若有誤還請見諒)

如@陳然所說,這些課的學習能讓你用一種區別於普通人的眼光來審視這個世界,你會驚奇地發現,這個世界其實是由數學構成的。(學美術的會認為世界是由顏色構成的,學文學的會認為世界是由思想匯聚的,學經濟的會認識世界是由貨幣鑄成的。)你可以更抽象地去認識這個世界,了解它的前因後果。陳然的答案很棒,我也很贊同,不過我想,還是補充一些關於現實生活中能看到的「活生生」的例子比較好。

我在此作出這個解答的原因,也是希望大家知道,這些東西並不是所謂的一無所用,它們功用之大,超乎我們的想像,如果沒有高等數學,你連一臺普通工具機都做不出來,更不必說什麼數控系統了。

其實隨著學習的深入你會發現,其實就你們學的這點兒高等數學,都不夠用,如果你以後要自己做工程,肯定還要補習一些拉氏變換,傅氏變換,Z 變換,更有甚者要學一些專門領域才用得到的「專業」的數學,如《數值分析》,系統變式等,不過那時候,我想,你已經深入地了解到數學的意義了。

我曾經也迷惑過,但沒有人給我解答過,但慶幸,我沒有放下數學,物理,化學,現如今,才真切地發現這些學問之美,希望我的答案,對你有所幫助。

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