射手、農場主、臺球,《三體》里探討的數據科學

《三體》是一本深探宇宙本源以及生命哲學的書,所以它對于一個小分支學科“數據科學”也有很精妙的見解。

主人公汪淼先是告訴我們“數據運營與分析”的局限性

在“科學邊界”的學者們進行討論時,常用到一個縮寫詞:SF,它不是指科幻,而是上面那兩個詞的縮寫。這源自兩個假說,都涉及到宇宙規律的本質。

 

“射手”假說:有一名神槍手,在一個靶子上每隔十厘米打一個洞。設想這個靶子的平面上生活著一種二維智能生物,它們中的科學家在對自己的宇宙進行觀察后,發現了一個偉大的律:“宇宙每隔十厘米,必然會有一個洞。”它們把這個神槍手一時興起的隨意行為,看成了自己宇宙中的鐵律。

 

“農場主假說”則有一層令人不安的恐怖色彩:一個農場里有一群火雞,農場主每天中午十一點來給它們喂食。火雞中的一名科學家觀察這個現象,一直觀察了近一年都沒有例外,于是它也發現了自己宇宙中的偉大定律:“每天上午十一點,就有食物降臨。”它在感恩節早晨向火雞們公布了這個定律,但這天上午十一點食物沒有降臨,農場主進來把它們都捉去殺了。

 

射手和農場主的故事告訴我們一個簡單的道理:采樣樣本要足夠,但是卻永遠不足夠。

 

我們能從數據樣本里得出的結論,始終只是一個統計性的結論,不是定論。從一定意義上講,數據只反映結論成立的“機率”的大小,而不反映結論成立的“對錯”。我們要時刻提醒自己:我們是在定量,而不是在定性。

《三體》中,汪淼又和另一位大牛丁儀探討了試驗數據的風險

“那好吧,打過臺球嗎?”丁儀走到了臺球桌前。

“上學時隨便玩過幾下。”

“我和她很喜歡打,因為這讓我們想到了加速器中的粒子碰撞。”

丁儀說著拿起黑白兩個球,將黑球放到洞旁,將白球放到距黑球僅十厘米左右的位置,問汪淼,“能把黑球打進去嗎?”

“這么近誰都能。”

“試試。”

汪淼拿球桿,輕擊白球,將黑球撞入洞內。

 

“很好,來,我們把球桌換個位置。”丁儀招呼一臉迷惑的汪淼,兩人抬起沉重的球桌,將它搬到客廳靠窗的一角。放穩后,丁儀從球袋內掏出剛才打進去的黑球,將它放到洞邊,又拾起那個白球,再次放到距黑球十厘米左右的地方,“這次還能打進去嗎?”

“當然。”

“打吧。”

汪淼再次輕而易舉地將黑球打入洞內。

 

“搬。”丁儀揮手示意,兩人再次抬起球桌,搬到客廳的第三個角,丁儀又將黑白兩個球擺放到同樣的位置,“打吧。”

“我說,我們……”

“打吧。”

汪淼無奈地笑笑,第三次將黑球擊入洞內。

 

他們又搬了兩次臺球桌,一次搬到了客廳靠門的一角,最后一次搬回了原位。丁儀又兩次將黑白球擺到洞前的位置,汪淼又兩次將黑球擊入洞內。這時兩人都有些出汗了。

 

“好了,實驗結束,讓我們來分析一下結果。”丁儀點上一枝煙說,“我們總共進行了五次試驗,其中四次在不同的空間位置和不同的時間,兩次在同一空間位置但時間不同。您不對結果震驚嗎?”他夸張地張開雙臂,“五次,撞擊試驗的結果居然都一樣!”

 

“你到底想表達什么?”汪淼喘著氣問。

“你現在對這令人難以置信的結果做出解釋,用物理學語言。”

“這……在五次試驗中,兩個球的質量是沒有變化的;所處位置,當然是以球桌面為參照系來說,也沒有變化;白球撞擊黑球的速度向量也基本沒有變化,因而兩球之間的動量交換也沒有變化,所以五次試驗中黑球當然都被擊入洞中。”

 

丁儀拿起撂在地板上的一瓶白蘭地,把兩個臟兮兮的杯子分別倒滿,遞給汪淼一杯,后者謝絕了。“應該慶祝一下,我們發現了一個偉大的定律:物理規律在時間和空間上是均勻的。人類歷史上的所有物理學理論,從阿基米德原理到弦論,以至人類迄今為止的一切科學發現和思想成果,都是這個偉大定律的副產品,與我們相比,愛因斯坦和霍金才真是搞應用的俗人。”

 

“我還是不明白你想表達什么。”

 

“想象另一種結果:第一次,白球將黑球撞入洞內;第二次,黑球走偏了;第三次,黑球飛上了天花板;第四次,黑球像一只受驚的麻雀在房間里亂飛,最后鉆進了您的衣袋;第五次,黑球以接近光速的速度飛出,把臺球桌沿撞出一個缺口,擊穿了墻壁,然后飛出地球,飛出太陽系,就像阿西莫夫描寫的那樣。這時您怎么想?”

 

丁儀盯著汪淼,后者沉默許久才問:“這事真的發生了,是嗎?”

 

汪丁兩人做的臺球試驗并不是一個精心設計的科學試驗,但是它和大多數我們在現實中做的試驗一樣,簡單,高效,目標明確。這個試驗的結論非常符合“常識”和“預期”,但是和“真實”天差地別。科學邊界的科學家們,做了更加精細的更加科學的試驗,然后得到了完全不一樣的結果。從某種角度來看,科學邊界的試驗結果更接近“真實”。

 

如何能夠讓我們平常做的簡單試驗的結果更加準確,更加貼近“真實”,是一個不容易的事情。在不斷提高“真實”的標準的情況下,會越來越難。做一個好的試驗工具來幫助我們降低試驗數據的風險,這是一個很有意義的探索,值得我們去不斷嘗試。

 

有幸,我們一直在朝這個方向做著努力。

 

最后,看著現在瘋狂的政治題材的韓劇和美劇,我們是不是應該歡迎《三體》降臨?

 

本文作者:吆喝科技創始人及CEO 王曄

 

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