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用计算重塑思维:十位数学家、十种数学模型带您构建认知思维

扑克投资家  · 公众号  · 金融  · 2017-10-11 19:08

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冯诺依曼 : 模拟与猜测


这个架构最关键的特征是将运行程序放入内存中,这样允许计算机自己修正指令。



把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向,并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。


将指令和数据同时存放在存储器中,是冯·诺依曼计算机方案的特点之一 计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成 冯·诺依曼提出的计算机体系结构,奠定了现代计算机的结构理念。


人类交互作用是约翰纳什的主要数学兴趣,他在博弈论方面有极为重要的发现。对各种选择的权衡和对最佳的寻求找到了一个简单模式。但那时赢得的最重要的博弈是他应用自己的逻辑力量战胜了精神分裂而导致的幻觉。



纳什: 微秒的均衡思维


“纳什均衡”引出一个悖论:从利己目的出发,结果会损人不利己。这一理论直接挑战了亚当·斯密“看不见的手”理论——认为每一个人都从利己目的出发,最终全社会达到利他的效果。


什么是分形?通俗一点说,分形就是无限复杂但具有一定意义下的自相似图形。例如一棵苍天大树与它自身上的树枝及树枝上的枝杈,在形状上没什么大的区别,大树与树枝这种关系在几何形状上就是自相似关系;我们再拿来一片树叶,仔细观察一下叶脉,它们也具备这种性质,大树就是一种分形。还有像雪花、山川、海岸线等它们都具有自相似性,它们都是分形。


金融市场亦是如此,例如金融市场的股票价格,如果分别以日和年为单位来看股票价格的波动,也可以发现波动的图形是非常的相似。


分形非常的普遍,正如分形几何的创始人曼德尔布罗特曾说过:“分形揭示了世界的本质,分形是真正描述大自然的图形。”


曼德尔布洛特: 分形大道至简的分形思维


1975年冬天的一天,正在思索着现实世界真实几何形象问题的法国数学家曼德尔布罗特(Mandelbrot,B.B.)随手翻阅他儿子的字典,注意到了拉丁字“fractus”,这个来自动词frangere的形容词含有破裂之意。


他由此创立了“分形”(fractal)这个概念,并由此创立了“分形几何理论”,从而把数学研究扩展到了传统几何学无法涉足的那些“病态曲线”和“几何学怪物”的领域。曼德尔布罗特说:“云朵不是球,山峦不是锥,海岸线不是圆,树皮不光滑,闪电也不走直线。”分形几何学所映射出的自然事物不是光滑无瑕、平坦规整的,而是凸凹不平、粗糙丛杂、扭曲断裂、纠结环绕的几何形体。


曼德尔布罗特关于大自然过程里不规整花样的研究以及他关于无穷复杂形象的探索最终汇流到一个交结点上,这就是自然事物的“自相似”这个特性。“大自然在所有标度上同时起作用”。自然界的许多事物在其内部的各个层次上都具有自相似的结构,在一个花样内部还有更小的同样的花样。自相似物体不具有特征标度,它是跨越尺度的对称性;它在不同测量尺度上看去差不多一样,是一种“无穷嵌套的自相似结构”。“分形”就意味着“自相似”。一个几何图形,如果它的组成部分与图形整体之间有某种相似性,就称为“分形”。“自相似”的思想在人类文化的各个方面都有所反映。


科学上,“蝴蝶效应”是西方数学家在研究非线性系统时发现的---绝大多数非线性系统的演变结果对于初始条件都有着极度敏感性, 初始条件的细微改变可以在短时间内指数放大并造成结果的巨大变化。这也成了后来影响巨大的 “混沌理论”的鼻祖.


起初“蝴蝶效应”只是纯科学界的发现,直到人们认识到我们的现实世界其实是个真正的复杂的非线性系统之后,“混沌理论”和“蝴蝶效应”的社会学及哲学意义才得到各界的广泛重视......


洛仑兹: 蝴蝶翅膀扇起的世界



另一条通往一般模式的途径是由被称作“解密大师”的数学家约翰康威开辟的。


1970年,康威发明了一种被他称作“生命“的游戏,只需要简单的规则就可以构建复杂的模式。


有简单性而导致的复杂性涌现的奇异现象,似乎从另一个方向暗示着自然的内在运行过程。


约翰 康威: 生命游戏


康威生命游戏,又称康威生命棋,是英国数学家约翰·何顿·康威在1970年发明的细胞自动机。 它最初于1970年10月在《科学美国人》杂志上马丁·葛登能的“数学游戏”专栏出现。



在游戏的进行中,杂乱无序的细胞会逐渐演化出各种精致、有形的结构;这些结构往往有很好的对称性,而且每一代都在变化形状。一些形状已经锁定,不会逐代变化。有时,一些已经成形的结构会因为一些无序细胞的“入侵”而被破坏。但是形状和秩序经常能从杂乱中产生出来。对于生成的形状和秩序我们称作 pattern。或者在这里,我们也把它称作 creature。


兰顿: 计算机展现的人工进化


“生命是一种形式性质,而非物质性质,是物质组织的结果,而非物质自身固有的某种东西。无论核苷酸、氨基酸或碳链分子都不是活的,但是,只要以正确的方式把它们聚集起来,由它们的相互作用涌现出来的动力学行为就是被我们称为生命的东西”


宇宙是一架特定配置的细胞自动机,用美国科学家兰顿的话说,就是一架处于混沌边缘的细胞自动机。这样的机器可以产生任意复杂的结构。因此,我们今天的宇宙,不论是星系还是恒星,也不论是生命还是智能,都高度有序,都有复杂的结构。这种世界观就是计算主义世界观。


兰顿(ChristopherLangton)于1987 年在美国拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)召开的“生成以及模拟生命系统国际会议”上首先提出的,它是借助计算机和其他非生物媒介实现的一个具有生物系统特征的过程或系统,或通过人工模拟生命系统研究生命的领域。通过将机器人大脑植入人工生命系统就可以实现人类的永生。








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