一位大神和他研究的“復(fù)雜”問(wèn)題

今天這篇文章跟大家閑話一位我心目中的大神。你可能不知道他的姓名,但是他的產(chǎn)品你可能每天都用到了浸船。而他研究的問(wèn)題迄埃,以一種不可思議的角度解釋著這個(gè)世界的運(yùn)行疗韵,對(duì)我有不可思議的觸動(dòng)。

我說(shuō)的不是鋼鐵俠埃隆?馬斯克(Elon Musk)侄非。他很勵(lì)志蕉汪,但我沒(méi)用過(guò)他的Tesla車和Falcon火箭。

我要說(shuō)的是斯蒂芬?沃爾弗拉姆(Stephen Wolfram)彩库。

沃爾弗拉姆是一位數(shù)學(xué)家肤无、物理學(xué)家、計(jì)算機(jī)學(xué)家骇钦,同時(shí)也是一名商業(yè)實(shí)干家宛渐。他比馬斯克低調(diào),但他在科學(xué)前沿所做的杰出貢獻(xiàn)改變了人類技術(shù),他的思想正在改變?nèi)祟惖恼J(rèn)知窥翩,他是個(gè)必將永垂青史的思想家业岁。

沃爾弗拉姆本尊

大學(xué)剛接觸高等數(shù)學(xué)時(shí),老師帶我們?cè)谏蠙C(jī)實(shí)驗(yàn)課上接觸了一個(gè)神奇軟件寇蚊。這個(gè)軟件可以根據(jù)輸入的方程繪制曲線或三維圖形笔时,解方程,求導(dǎo)仗岸、求積分允耿,簡(jiǎn)直逆天!直到后來(lái)扒怖,自己買電腦的時(shí)候较锡,我才知道這個(gè)軟件名叫Mathematica,而它的作者就是沃爾弗拉姆盗痒。

Mathematica

大神的神績(jī)

據(jù)說(shuō)蚂蕴,沃爾弗拉姆小的時(shí)候?qū)W習(xí)障礙,特別在算術(shù)方面存在學(xué)習(xí)困難俯邓。但到12歲的時(shí)候骡楼,他開始寫關(guān)于物理學(xué)的書了——當(dāng)然沒(méi)有出版過(guò)。

但是到15歲的時(shí)候稽鞭,他開始研究粒子物理學(xué)鸟整,并開始在專業(yè)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文了。就這樣川慌,他進(jìn)入加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)物理吃嘿,并在20歲的時(shí)候獲得物理學(xué)博士學(xué)位。

以他堅(jiān)實(shí)的物理學(xué)理論為基礎(chǔ)梦重,沃爾弗拉姆開始了對(duì)于元胞自動(dòng)機(jī)的研究兑燥。

在此研究的基礎(chǔ)上發(fā)明了Mathematica軟件,他的公司W(wǎng)olfram Research也因?yàn)檫@一軟件始終在科技計(jì)算領(lǐng)域保持領(lǐng)先琴拧,并使他本人成為富翁降瞳。

隨著核心算法的強(qiáng)化和知識(shí)庫(kù)的積累,沃爾弗拉姆推出了Wolfram|Alpha蚓胸。這是一個(gè)“人類知識(shí)搜索引擎”挣饥,這個(gè)引擎便是iPhone手機(jī)助手Siri背后的知識(shí)庫(kù)(很多人每天都在用哦,敲黑板:這是個(gè)可以裝逼的知識(shí)點(diǎn))沛膳。請(qǐng)注意Wolfram|Alpha仍然是基于Mathematica的扔枫。

Wolfram|Alpha,國(guó)內(nèi)可以訪問(wèn)

在這整個(gè)研究的過(guò)程中锹安,沃爾弗拉姆寫了一本爭(zhēng)議極大的大部頭《一種新科學(xué)》(A New Kind of Science)短荐,以一種不可思議的角度揭示了世界運(yùn)行的規(guī)律倚舀。

沃爾弗拉姆的著作《一種新科學(xué)》

我在華科大模具技術(shù)與計(jì)算機(jī)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室讀研究生時(shí)的課題是等離子場(chǎng)的數(shù)值模擬,因而對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)忍宋、格子氣痕貌、蒙特卡羅法等進(jìn)行了大量學(xué)習(xí),最后以格子玻爾茲曼法完成了課題糠排。當(dāng)然舵稠,十多年過(guò)去,我現(xiàn)在已經(jīng)把當(dāng)初的課題內(nèi)容忘的七七八八了入宦。但其中的不少理念卻深深地刻在我的腦海里哺徊。

可惜我迄今也未能拜讀《一種新科學(xué)》(可能也讀不懂),只能通過(guò)其他的途徑了解書中的大致觀點(diǎn)乾闰。

大神研究的“復(fù)雜”問(wèn)題

大神的研究基于「元胞自動(dòng)機(jī)」這一概念唉工。一般人可能無(wú)法理解沃爾弗拉姆的理論細(xì)節(jié),但是理解「元胞自動(dòng)機(jī)」還是比較容易的汹忠。

據(jù)說(shuō)「元胞自動(dòng)機(jī)」的研究是始于科研人員的一個(gè)簡(jiǎn)單游戲:

  1. 把一個(gè)區(qū)域劃分成均勻的小方格,用小方格的顏色(黑與白)代表它的生與死雹熬。
  2. 設(shè)定一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則:如當(dāng)周圍“生”的方格大于幾個(gè)時(shí)宽菜,這個(gè)方格就會(huì)“死”;周圍方格“死”的數(shù)量大于幾時(shí)竿报,這個(gè)方格也會(huì)“死”铅乡,等等。
  3. 設(shè)定一個(gè)起始狀態(tài)烈菌。
  4. 讓系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行阵幸,最后會(huì)生成復(fù)雜的圖形。

想當(dāng)初我學(xué)習(xí)元胞自動(dòng)機(jī)的時(shí)候芽世,就隨手用C++(在C++ Builder里)寫了這么一個(gè)小游戲挚赊,看著屏幕上的小方塊在屏幕上閃動(dòng),最終得到一個(gè)穩(wěn)定的圖形济瓢。

↓ 就像這樣(:D)荠割,雖然這是個(gè)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的玩笑

元胞自動(dòng)機(jī)程序運(yùn)行起來(lái)大概就是這個(gè)樣子,不過(guò)這個(gè)可能是假的(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

沃爾弗拉姆的網(wǎng)站上有一些例子旺矾,形式可能有所不同蔑鹦,但形式類似。下面的圖來(lái)自于大神的網(wǎng)站(www.stephenwolfram.com):

「元胞自動(dòng)機(jī)」示例箕宙,下方俄羅斯方塊一樣的8個(gè)圖形是規(guī)則嚎朽,上一行三個(gè)相鄰格子的狀態(tài)依據(jù)此規(guī)則決定下一行一個(gè)格子的狀態(tài)

根據(jù)規(guī)則一行行繪制,就可以得到一個(gè)圖形柬帕,而對(duì)規(guī)則進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整可以得到非常不同的圖形哟忍。

元胞自動(dòng)機(jī)示例

當(dāng)繪制的行數(shù)越來(lái)越多之后狡门,我們會(huì)得到似雜亂,似有規(guī)律的迷之圖樣魁索。

在大尺度下融撞,簡(jiǎn)單規(guī)則得出了復(fù)雜圖形

上面這個(gè)圖形是進(jìn)行多行繪制之后得到的圖形。左側(cè)看起來(lái)有一定規(guī)律粗蔚,而右側(cè)的圖形已經(jīng)看不出規(guī)則了尝偎。一套非常簡(jiǎn)單的規(guī)則,演化出了一個(gè)特別復(fù)雜的結(jié)果鹏控!

沃爾弗拉姆告訴我們致扯,當(dāng)超過(guò)一個(gè)很小的界限之后,再簡(jiǎn)單的程序都會(huì)得出復(fù)雜的結(jié)果当辐,其復(fù)雜程度與使用復(fù)雜規(guī)則得出的一樣抖僵。這叫「計(jì)算等效原理」。這便是沃爾弗拉姆對(duì)世界復(fù)雜性問(wèn)題的研究結(jié)論缘揪!

你可能會(huì)說(shuō)耍群,這不會(huì)是沃爾弗拉姆的主觀臆斷且沒(méi)什么意義吧?

還真不是找筝,上面最后那張復(fù)雜圖形所使用的元胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則正是Mathematica中隨機(jī)數(shù)的核心算法——在我們看來(lái)一個(gè)無(wú)厘頭的東西蹈垢,居然在大神的世界里正發(fā)揮著實(shí)際用途,而大神的結(jié)論都是有實(shí)踐驗(yàn)證作為基礎(chǔ)的袖裕!

這跟量子物理學(xué)一樣曹抬,多么違反直覺啊急鳄!

這個(gè)「計(jì)算等效原理」能推出很多有趣的推論谤民。

比如,復(fù)雜系統(tǒng)的不可預(yù)測(cè)性疾宏。

要預(yù)測(cè)一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展张足,我們需要有一個(gè)比這個(gè)系統(tǒng)更復(fù)雜的算法,以超過(guò)這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度的計(jì)算速度來(lái)進(jìn)行模擬計(jì)算灾锯,從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間上早一步知道結(jié)果兢榨。但根據(jù)「計(jì)算等效原理」,算法的復(fù)雜程度跟目標(biāo)系統(tǒng)頂多是一樣的顺饮,不可能更復(fù)雜吵聪,因此要想模擬,就只能對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化兼雄,這樣一來(lái)我們計(jì)算出來(lái)的結(jié)果就未必是準(zhǔn)確的了吟逝。如果想要知道確切的結(jié)果,我們只有耐心地等待系統(tǒng)的自然運(yùn)行赦肋,去觀察那個(gè)結(jié)果块攒。

可不是嘛励稳,天氣預(yù)報(bào)是這樣,多少預(yù)測(cè)莫不如此囱井,準(zhǔn)不準(zhǔn)看運(yùn)氣驹尼!

啟示

可能前面的話您看明白了嗎?不妨來(lái)說(shuō)說(shuō)我受到的啟發(fā)吧庞呕。

(1) 世界上的事物都是復(fù)雜的新翎,但是驅(qū)動(dòng)它們運(yùn)行的卻是非常簡(jiǎn)單的最核心規(guī)則。事物變化的本身是無(wú)法理解的住练,但核心規(guī)則可以被理解地啰。

就算核心規(guī)則不簡(jiǎn)單,我們也一定能找到一套等效的簡(jiǎn)單規(guī)則讲逛。只要找到這樣的規(guī)則亏吝,我們就能在微觀和介觀層面對(duì)事物的發(fā)展有了解,就可能占得先機(jī)盏混。

一個(gè)實(shí)際的例子便是計(jì)算機(jī)蔚鸥。計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)運(yùn)算能力是特別有限的一套運(yùn)算規(guī)則——二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算規(guī)則,但是如今它能在我們生活的方方面面得到運(yùn)用许赃,可以模擬很多實(shí)際場(chǎng)景株茶,關(guān)鍵是計(jì)算量夠大。

而換個(gè)角度想图焰,我們?cè)诟深A(yù)一個(gè)事物發(fā)展的時(shí)候,干預(yù)結(jié)果其實(shí)是未知蹦掐、不可控的技羔。就好比孩子的成長(zhǎng),不管我們?cè)趺礃?gòu)想孩子的未來(lái)卧抗,孩子都不可能完完全全按照我們的設(shè)想長(zhǎng)大——他們的成長(zhǎng)并不是由我們決定的藤滥!現(xiàn)如今的家長(zhǎng)和老師都該重新評(píng)估自己在孩子成長(zhǎng)中的地位了,可能沒(méi)有大家想象的那么高社裆,我們應(yīng)該給予孩子更多的尊重——說(shuō)到底拙绊,他的成長(zhǎng)根本就不是你“控制”出來(lái)的結(jié)果,而是自己在一個(gè)時(shí)間跨度上“演化”的結(jié)果泳秀。

但我們可以更細(xì)心一點(diǎn)标沪,去了解孩子和我們自己成長(zhǎng)中的那些核心規(guī)則,這樣才能真正幫助孩子和自己嗜傅。而真正能做出的改變只是對(duì)規(guī)則或環(huán)境的細(xì)小調(diào)整金句,然后在一定時(shí)間跨度上觀察變化(想想元胞自動(dòng)機(jī)的規(guī)則和每一行的狀態(tài),它們的一個(gè)小小的變化雖然只會(huì)在接下來(lái)一行里引發(fā)小小的變動(dòng)吕嘀,但在大尺度上卻可能帶來(lái)天翻地覆的變化Nツ)

這可能就是所謂think big, act small吧贞瞒。

(2) 事物的發(fā)展無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè),所以對(duì)任何可能性都保持預(yù)期趁曼,不輕易判斷军浆,更別隨便否定。

比如挡闰,預(yù)測(cè)股市的漲跌是不靠譜的乒融,對(duì)與錯(cuò)有很多運(yùn)氣因素。高明的股市交易者不會(huì)按照“預(yù)測(cè)”來(lái)交易尿这,他們只會(huì)按照自己的交易操作規(guī)則來(lái)執(zhí)行買賣操作簇抵,他們從不期望自己所有的交易都能賺,但總體上卻可以保持盈利射众。

孩子的成長(zhǎng)碟摆,乃至我們自己的成長(zhǎng)也是這樣。不能過(guò)早下結(jié)論叨橱,一切皆有可能典蜕。

對(duì)于“三歲看老”這句話,我從兩個(gè)方面來(lái)看:

一方面罗洗,它洞悉了我們前面所討論的內(nèi)容——人的發(fā)展也是由及其簡(jiǎn)單的規(guī)則和初始條件驅(qū)動(dòng)的愉舔。這在人生的早期就已經(jīng)確定了。它讓人能感覺到另一個(gè)人的未來(lái)伙菜。

另一方面轩缤,沒(méi)有誰(shuí)比別人更特殊,從復(fù)雜性上大家都是等價(jià)的贩绕,我們其實(shí)無(wú)法判斷別人的發(fā)展火的。一個(gè)人在一身的時(shí)光里所遭遇的環(huán)境變化,以及在某一時(shí)刻產(chǎn)生的規(guī)則改變淑倾,假以時(shí)日會(huì)對(duì)人生帶來(lái)翻天覆地的改變馏鹤。從三歲看終身,又不是神娇哆,未免太武斷湃累,太自以為是了。

從這個(gè)角度說(shuō)碍讨,never too late治力、從小處著手,是改變?nèi)松壽E的不二法門勃黍。


關(guān)于我的大神琴许,就說(shuō)到這里。

我暗暗給自己發(fā)了幾個(gè)小愿溉躲,比如堅(jiān)持寫作榜田,我不知道這會(huì)為我的人生帶來(lái)什么益兄,我只知道“寫”這事本身令我更細(xì)致地思考,這個(gè)小小的變化對(duì)我來(lái)說(shuō)箭券,足夠了净捅!

什么事在當(dāng)下都不是大事,什么事在一個(gè)大一些的時(shí)間尺度下又都不是小事辩块,這當(dāng)中的智慧蛔六,咱們就慢慢體悟吧。

共勉废亭!

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