哪些數學課程讓你改變對 事物/世界 的 思維/觀點/理解?

這學期的微分幾何期末預習時覺得說不出的有趣,主要是關於高斯總曲率,球與平面的本質不同。 各位聊聊你們的數學學習中哪些內容讓你們覺得眼前一亮,或者改變你的思維或觀點的balabala,讓我這個小學渣擴展下視野~


範疇論。

重複:看我簽名,範疇論。

再重複:同意 chuo Chan,範疇論。

我比較特殊的一點是,剛剛接觸微分流形的時候,用的是Serge Lang的書,於是就稀里糊塗地學了Category, 而很喜歡的一位教授即使講抽象代數,都是會講Category的。從某種程度來說,範疇可能對我來說就是半個數學,而剛剛接觸的時候的感覺就是「原來世界還可以是這樣的啊!」 也就是那時吧,發現心中模模糊糊地感覺到homomorphism,continuous function, homotopy, 都是一樣的,而居然有人已經給了它們一個名字:morphism。也就是那時候,養成了能用交換圖表不用別的東西解題目的惡習。也就是那時候,我明白了大一時,站在數學系lounge Samuel Eilenberg(範疇論始祖,Columbia教授) 雕像前看到的一位學長畫的那些箭頭。

其實我覺得,範疇論是數學裡最像哲學的一部分。

另外:其實想說,如果真的有誰能看懂望月新一的東西,也許是那個。


有個關於倫敦計程車司機的笑話:某機構調查發現,交通事故的數量司機穿大衣表現出很強的正相關性,專家推測——開車時穿大衣容易阻礙司機的活動,進而導致交通事故的發生。於是倫敦頒布新法律,禁止司機穿大衣。

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後來,另一項研究發現,人們喜歡在下雨的時候穿大衣。

這個故事告訴我們:相關性不等於因果關係(Correlation [公式] Causation)

人們很多時候只看這兩個變數的時候,主觀認為:穿大衣--&>交通事故

實際上卻可能是:下雨--&>穿大衣 同時 下雨--&>交通事故

而穿大衣和交通事故僅僅是伴隨性的,或者說:在下雨的前提條件下,穿大衣和交通事故兩件事情是獨立的。即:P(交通事故 | 穿大衣,下雨) = P(交通事故 | 下雨)

學習了概率論和統計學後,會對市面上很多所謂的「專家研究調查」表示懷疑,比如吃某食物有助於預防某種癌症的發生。且不說這些統計研究的採樣方法是否科學,很多人把相關性等同於因果關係。而實際情況可能是:生活習慣比較健康的人喜歡吃XX食物,而這類人的其他健康生活習慣降低了癌症的發生概率。所以那些烏七八糟的研究結果請不要輕信。(However, 吸煙致癌這個確實是被驗證過因果關係的,請相信)

假設你是某個城市的市長,看了一項研究發現一座城市的生產總值和橋的數量有強烈的正相關性:

於是你認為:橋樑的數量可能會加速城市交通運轉,進而提高生產總值。老子真是太聰明了!一定要修建多多的橋樑!每家前面都得能看到橋,建設成鋼鐵橋樑之城!

建完後你傻眼了,生產總值不升反降了。為啥?

因為如果你把完整的圖畫出來其實是這樣嬸兒的——

對每一個城市而言,橋的數量和GDP有一條曲線,而它其實是負相關。。。

這個故事告訴我們,學好概率論和統計學還是有好處的。嗯。


我來偏個題。這個不算數學課程,屬於碼農學中的軟體工程。

寫代碼的時候都說要避免重複,但是重複分兩種,physical duplication (物理重複) 和 logical duplication(邏輯重複)。碼農學教育我們,邏輯重複不要有,但是物理重複是可以有的。也就是,如果兩塊代碼沒有邏輯重合,只是長得像,不要硬把他們往一起簡化。

我最近把這個思維用在了現實中,大大的改進了我的生活。

我有一個mp3播放器,上面有兩種音頻 --- 古典音樂(打盹時聽),和軟科學公開課(生物心理啥的,幹家務時聽)。以前每天都要在這兩個之間互相切換,煩不堪言。某天突然意識到這兩件事其實是一個physical duplication(物理重複), 兩者之間並沒有邏輯關係,不應該因為他們同屬於 「聽音頻」,就把他們往一起湊。於是又買了一個不同顏色的mp3播放器, 現在只要拿起正確的播放器, 按「播放」鍵,就可以無壓力繼續了。這個思維還用在了電子書上,也分了小說 和 軟閱讀,也是瞬間清爽了很多。


這個問題要求的答案層次很高!

改變對事物/世界的理解/觀點,簡稱「重塑世界觀」,如果在學校里有這樣一門課程,請務必推薦出來。

大部分課程,都是知識性的,真正重塑世界觀的課程,恐怕只有思想性的課程了。

作為一個數學專業的同學,一個業餘哲學愛好者,我負責任的告訴你,你要的課程在這裡!

如果有一門改變了近代西方思維方式的數學課。我想,再多的讚譽都不為過。

而且,「這門課」絕對是重塑世界觀的數學課!幾乎對任何人都有效。

曾經有一個人,憑藉一己之力,建立了算數和幾何的理論大廈,被羅素稱為「近代哲學始祖」,被學界尊稱為「理性主義之父」。這位大神就是笛卡爾。

很多同學在高中時被他的解析幾何虐出了感情,不過解析幾何只是他的成就的一小部分!

很可惜,這位大神已經走了很多年,至於那個年代是否留下了什麼課程教案,我也查無實據。不過,他留下了幾本書,姑且也算作一門課吧。

我從這本書里摘一個小段比較有趣文字:

那些長串連貫的推理,無一不時簡單而容易,幾何學者習慣用以推演更難證明的事理。

事實上,嚴格遵循我選擇的這幾條規則(自明律,分析律,綜合律,枚舉律)

我敢說要解決這兩種科學(幾何和代數)範圍內的一切問題已綽綽有餘

經過兩三個月的檢查,由最簡單的、最普遍的問題開始,利用已有的真理,來探求其他真理的規則。

我不但對從前認為十分困難的許多問題有了頭緒,而且最後,對於不明了的難題,也能確定用什麼方法可以解決它們。

——笛卡爾《科學思考方法論》

我來簡單翻譯一下他的話:

我找到了四條思維方式,簡稱為:「自明律、分析律、綜合律、枚舉律。」

然後我用兩三個月的時間,從最簡單的「自明」的公理開始,一步步推導出了現存所有的定理,並且對現在存疑的假設命題做了解答,並且大多有了頭緒。對於還解答不了的命題,我有了思路。

這是多少學渣學霸夢寐以求的境界!從此世間無難題,所有問題都會解!


這本《科學思考方法論》的書就是笛卡爾封神之作,「方法論」幾乎影響了整個西方的思維和思考方式,奠定了西方世界的基本思維邏輯,或者說「調性」

笛卡爾最著名的「我思故我在」也出自《方法論》一書。至於這句話怎麼理解,恐怕不是一兩句能夠解釋的。

----------------------------不嚴肅的分割線,插播一段有趣的事---------------------

另外,笛卡爾還邏輯嚴謹地證明了「上帝的存在」。對於這一點,朋友們千萬不要沒有讀過原文就妄下評論!

既然談到「上帝」

那順便插播一個有趣的數學家對上帝的論述吧——帕斯卡的賭注,這個論述十分有趣,也一定程度上體現了數學思維和邏輯的奇妙:

上帝到底存不存在,這個真沒法給出嚴密的論證,無神論者與有神論者互相誰也說服不了對方,那作為一個人,你總得有一個立場吧,那怎麼辦呢?

現在,比如你在一條船上,而不幸的是,船正在下沉。此時,你如果相信上帝存在,那麼有兩種可能:一種是上帝真的存在,那正好你可以得救,萬幸;另一種是上帝不存在,你押錯了寶,但你不會損失太多,你並沒有耽誤太多事或損失太多財富。你如果不相信上帝存在,還是有兩種可能,一種是上帝真的存在,那你慘了——上帝不拯救不相信他的人;另一種是上帝不存在,你很幸運,不過你雖然是零損失,但是你也絲毫沒有得到更多。

簡而言之:假如你贏了,你將贏得一切;假如你輸了,你卻毫無損失。那就毫不猶豫地打賭上帝存在吧。 ——帕斯卡《思想錄》

好了,現在你還那麼堅定的相信,「上帝不存在嗎」?

----------------------------------不嚴肅的分割線結束---------------------------

言歸正傳,我相信很多朋友一定對笛卡爾所說的,那個幾乎能解決一切問題(暫定一切數學問題)的方法十分感興趣了。

那麼我就簡單把方法講一講:

具體來說,有4條基本規則。

第一規則:自明律

絕不承認任何事物為真,除非自明。小心躲避速斷和成見,在判斷中不要含有任何多餘之物。

解釋一下:自明的事物,必須是單純而直接,直觀的。比如「三角形有三個邊」,「兩點之間直線最短」,「1+2=2+1」。如果不符合這條,那麼就需要質疑。

第二規則:分析律

檢查每一個問題,儘可能分割成許多小部分。簡單來說,就是把問題拆分開來,拆分得越細越好,畢竟數學家還是比較擅長處理簡單的問題的~

第三規則:綜合律

順序引導思想,由最簡單、最容易認識的對象開始,一步一步上升,好像登階拾梯一般,知道最複雜的知識,對沒有先後次序者,也假定它們有一定秩序。

第四規則:枚舉律

處處做一遍很周全的核算和很普遍的檢查,查到足以保證沒有遺漏為止。這一條比較類似於數學思維中的「分類討論思想」,在我的一篇文章里有詳細的說明。

這篇文章也許是最清晰簡單的數學思想匯總

以這四條規則為基,一些基本公理定理為根,笛卡爾每天躺在床上16個小時(沒錯,就是這樣一個深度賴床患者)花了兩三個月構建了蔥蔥鬱郁的代數幾何大廈,並且結出了「解析幾何」這個統一代數幾何的果子。


當然,《方法論》中的論述還有很多,足足有一本書那麼多,但核心就這四條。

千萬不要低估這四條原理所組成的「方法論」。別看它簡單,可內涵真的不簡單!就像區區5000多個字的道德經,統治了我國思維幾千年~(至今許多「思想家」還以道德經來解釋和認識世界呢)

這個方法論需要你去仔細思考,不斷重複,堅持在日常生活的每一方面去使用!

因為,這可是重塑個體思維,甚至重塑了整個四方的思維方式呢!

如果有興趣,可以讀讀原著,與黑格爾那種晦澀的哲學書不同,笛卡爾的論述還是清晰明了的。

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代數

這是我第一次面對抽象對象的課程。也就是說,你不需要知道具體的對象是什麼,只需要研究一些運算規則,就可以得到一系列統一的性質。

舉個栗子,Kahler manifold上三個運算元恰好構成sl2-triplet,於是cohomology上就有 sl2 action,可以分解成irreducible sl2 module。就是Lefschetz decomposition。


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