馬齊勇博士在《齊夫定律:描述詞頻分布規律的強大數學工具》中提到:「江南大學的研究者,對莫言的作品《紅高粱》《蛙》和《透明的紅蘿蔔》進行研究,他們統計了莫言作品中的字頻、詞頻,發現都能滿足齊夫定律。
這與英語、法語等多種語言研究結果一致。這項研究從統計學的角度提供了,莫言成為中國大陸首位諾貝爾文學獎得主可能的原因之一。
著名數學家華羅庚說過:「宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之變,生物之謎,日月之繁,無處不用到數學。」
你也許會說,數學是很神奇,但我們又不是研究數學的,它與我們有什麼關係?其實,每個人都不可能是數學的局外人,數學在我們生活的每個角落,科普數學有趣有料。
在超市結帳排隊,或是堵車排隊,為什麼旁邊的隊伍總是比你快?非流行的市場和小眾產品為什麼也能賺到很多的錢?兒童不接種疫苗是明智的選擇嗎?疫情傳播速度為什麼那麼快等等。生活中的這些問題都與數學有關。
義大利數學家毛裡奇奧·科多尼奧在《午餐時間聊數學》中,給了普通人新的認知,他以幽默的口吻,將我們本以為高深、枯燥的數學知識娓娓道來,數學輕鬆成為你聊天的話題,也能像八卦一樣讓人著迷。
書中作者給我們展現的是一場數學「盛宴」,他網羅了眾多的數學冷知識,讓數學為你打開了一個新奇的世界,原來你的生活可以更智慧。
自然植物,如梨樹的葉子,向日葵的果實,一個個的螺旋,遵循什麼規律,密鋪地磚嘗試非周期性圖案的靈感,也能成就了諾貝爾獎……
與數學有關的許多悖論,耐人尋味;趣味數學,在詩中,在日常生活裡;數學思維讓人判斷更準確,邏輯更清晰。聊聊數學,揭開生活的更多謎底,又讓你腦洞大開。
1.齊夫定律
齊夫定律指在自然語言的語料庫裡,一個單詞出現的頻率與它在頻率表裡的排名成反比的關係。
齊夫定律是由哈佛大學的語言學家喬治·金斯利·齊夫,在1949年發表的實驗定律。齊夫並不是數學家,他是語言學家和文獻家,在20世紀上半葉,他把語言領域與數學聯繫起來,開創了計算機語言學。
齊夫統計了各種詞的頻率分布,得到了意想不到的結果,在坐標軸中表示,這些點的排列近似一條直線。
齊夫定律是描述詞頻分布規律強大的數學工具,它在語言學、天文學、經濟學、信息科學等多個領域,都有廣泛的應用和成果。
像開頭提到的統計學研究,江南大學的研究者採用字頻統計軟體和漢語詞頻統計軟體,將莫言莫的作品發現都能滿足齊夫定律。這樣從統計學的角度,研究成果,提供了莫言可以獲得諾貝爾文學獎的可能原因之一。
許多現象都符合齊夫定律。在暢銷書的口碑營銷中多打一些廣告,這樣賣出去的書會更多,消費者因為對某種事物的熱愛而去買書,這就是所謂的相反的力量。
令我們驚訝的是經典作品文學作品中,隱藏的一定的數學規律。
2.長尾效應
早在2004年10月,美國《連線》雜誌主編克裡斯·安德森,第一次提出長尾理論,他說:商業和文化的未來不在熱門產品,不在傳統需求曲線的頭部,而在於需求曲線中那條無窮長的尾巴。
長尾部分,是指分布在需求曲線尾部差異化的、少量的需求以及所有非流行的市場,它們累加起來甚至比流行市場還要大,這就是明顯的長尾的效應。
這些「個性化」,「客戶力量」和「小利潤大市場」,看似賺很少的錢,但是要賺很多人的錢。
谷歌是一個最典型的「長尾」公司,它的成長曆程,就是把廣告商和出版商的「長尾」商業化的過程。
亞馬遜也是一個成功的「長尾」公司,亞馬遜網上書店上萬的書中,一小部分暢銷書佔據總銷量的一半,而另外絕大部分的書雖說個別銷量小,但憑藉其種類的繁多積少成多,也佔據了總銷量的另一半。
目前,長尾理論在中國市場策略的運用研究中發現:很多企業比較重視需求曲線頂端,那麼對蟄伏在需求曲線尾部的市場的潛力,也正是眼光獨到的人,可以重視的未來發展前景。
1.條形碼
產品上的條形碼我們都不陌生,但沒有多少人知道,它記錄了一個產品的所有信息,就像人的檔案一樣。
條形碼有13位數字,第一個數字沒有編碼,是一個隱寫術似的元數據,它隱藏另外的信息,2-7位有兩種可能的編碼, 8-13位有一個唯一的編碼,正是條形碼,為正規產品把關,真正打擊假冒偽劣。
2.傳染病
對於疾病,因為感染風險的增加並不是線性的,所以病毒的數量呈現指數增長。指數增長會很勁爆,我們就明白新冠疫情嚴加防控的意義,而在歐美一些國家講所謂人性的自由,正因為他們掉以輕心,故出現了大面積擴散。
而水痘、百日咳等病如果超過一定的閾值,群體免疫有可能不再起作用,接種過疫苗的人也可能是病毒的攜帶者,他可以傳播自己卻不生病。
當不接種疫苗的人很多時,對接種不接種的人都很不利,比如麻疹目前還是世界上第七大兒童致死的原因,它比愛滋病的排名還靠前,現在,你覺得不給孩子接種疫苗還明智嗎?
3.圖表
我們都喜歡圖表信息的表達,可以說「一張圖片勝過千言萬語」。但它可以突顯你要的意圖。
比如在2016年《24小時太陽報》的文章中,有一張信息圖表顯示歐洲各國公共債務的增長,哪個國家的債務增長最快,是可以一目了然的。然而,這個圖表中各個國家負債率水平並不相同,卻沒有顯示,你仔細想想,就會發現其中的詭計。
圖像傳達了扭曲的事實,也破壞了信息圖表的真正優勢。有時人們會被偷換概念的現象迷惑,但是你懂了基礎數學,就有了自我判斷的能力。
1.著名的芝諾悖論「阿基裡斯和烏龜」
芝諾提出讓阿基裡斯與烏龜賽跑,假定阿基裡斯的速度是烏龜的10倍,烏龜在阿基裡斯前面1000米處開始。
當阿基裡斯跑了1000米時,用時t,烏龜便領先他100米;當阿基裡斯再跑完這100米時用時為t/10,烏龜仍然前於他10米;阿基裡斯再跑完這10米用時為t/100,烏龜仍然前於他1米……
芝諾認為,阿基裡斯能夠逼近烏龜,但決不可能追上它。
這個數學公式推敲也合乎邏輯,人們往往被距離數列(1+0.1+0.01+……)無窮盡的假象迷惑,而忘記考慮到時間數列。
其實你用無窮等比數列求和,一個方程就可以輕而易舉地推翻芝諾的悖論:
阿基裡斯在跑了1000(1+0.1+0.01+……)t=1000 (1+1/9) t=10000t/9米時,他便可趕上了烏龜。
這些悖論中有耐人尋味的矛盾,會讓你腦洞大開,還有更多新奇的趣味數學,來引發你的思考。
2.詩詞也數學
大約1500年前,《孫子算經》中就有詩記載了一個有趣的問題「雞兔同籠」:「今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雉兔各幾何?」
意思是:雞和兔子關在一個籠子裡,共有35個頭,94隻腳,問雞和兔子各有幾隻?
我們假設35個頭全是雞,那麼應該有70隻腳,94-70=24隻腳,剩下的24隻腳一定是兔子的,而且每隻兔子要領2隻腳,24/2=12隻,那麼,就可算出有12隻兔子,用剩下的就是雞了:35-12=23隻雞。
這些都是奧數思維的基礎,又能寓教於樂,聊數學講好故事。
1. 斐波那契數列
在13世紀,著名的數學家斐波那契在《計算書》中介紹了一個數列,計算一對兔子的繁殖力有多大。斐波那契數列也稱為「兔子數列」。數列(1,1,2,3,5,8,13……)前兩個數是1,接下來,後一個數總是前兩個數之和。
他假設兔子出生兩個月後就可以繁殖,一對兔子每月能生出一對小兔子,如果所有的兔子都健康成長,一年後可以繁殖到多少對兔子呢?按照斐波那契數列計算,是不是已經有13對兔子?
斐波那契數列又稱黃金分割數列,因為數列前後兩個數的比值,接近於黃金比例,這樣的排列被應用在藝術、建築等領域中,也獨領風騷。
自然界中也存在斐波那契數列規律,比如橡樹、梨樹,它們樹枝上生長的葉子會形成一個螺旋,上下相對的兩片葉子中間的葉數,也是斐波那契數列,這樣的排列是生存的需要,每片葉子都可以汲取最大的光照面。
經研究發現,在向日葵和菠蘿果實的排列上,它們左右螺旋線的條數也符合斐波那契數列,後來被科學家們證明,這些植物生長激素的濃度,也是按照黃金分割比例均勻地分布在各個位置上。
2.鋪地磚
鋪地磚要藝術個性,密鋪多邊形地磚大部分都是周期性的,是羅傑.彭羅斯用兩對不同的圖形完成了非周期性的平鋪,基礎圖形越來越複雜,他為此還在美國申請了專利。
科學家們發現在自然界中,晶體可能有順序2、3、4、6的旋轉對稱,但沒有順序5的旋轉對稱,這和五邊形不能密鋪在一個平面的道理相同。
直到1982年,以色列材料學家丹.謝赫特曼,成功創造了鋁和錳的晶體合金,表現出5階對稱性,他把數學家理論上的非周期性結構,帶到現實世界中,創造了準晶體理論,他因此獲得了2011年的諾貝爾化學獎。
正五邊形無法密鋪
聊數學,從你日常中遇到的事物中得到靈感,在好玩、有趣的數學知識中,為我們解開謎底。
數學是人類文化的一部分。聊聊數學,好奇有趣,其實,我們聊新聞、GDP、聊彩票、聊家常,觀花草樹木、玩兒遊戲,甚至欣賞美景、美女等等,都是可以用數學的角度切入。數學,讓我們的生活和真相更近。
在《思考,快與慢》中,丹尼爾.卡尼曼說:
「人的大腦並非生而擅長數學推理」。往往習慣了使用「系統1」思維,做出直觀、原始的判斷,而判斷比較準確的是反應慢的「系統2」數學邏輯思維。
數學思維,就是培養我們的理性思維,主動控制、有意識的、理性的思考系統。避免日常生活中因思維偏見,過度關注典型事件而忽視了典型背後的概率。
如果說數學是場馬拉松,那麼趣味數學冷知識:輕鬆聊數學,包括了《咖啡時間聊數學》《午餐時間聊數學》套裝就是小路漫步,而且在數學家毛裡奇奧的帶領下,我們要走捷徑,在輕鬆愉快中體會數學之妙與生活之美。