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我是阅读爱好者小雅。
这一讲,我们继续阅读书籍——《如何唤醒数学脑》。
在上一讲,我们主要了解了数学中“等价转换”和“因果转换”两个知识点在我们日常生活和工作中的应用。试试这个等价法,孩子写作文不憋字!
这一讲,我们一起学习数学中非常重要的一种思维方式:抽象化思维。
所谓抽象化,意思就是从众多的事物中去掉一些不必要的细枝末节,总结归纳出最重要的特点。
抽象化思维方式一般主要有两种:一个是归纳事物的共同性质,一个是模型化。
归纳事物共同性质
你还记得我们在初中的数学中是不是经常做这样的练习题:观察下面数字的排列规律,总结出该数列的公式。
比如:2,4,6,8,10,12等等等等。
你可能马上就能找到这个数列的规律就是,都是偶数,用公式表示就是2N,其中N为整数。
再比如:1,3,6,10,15,21,28,36等等等等。
你可能找到的公式就是n(n+1)/2,其中n为自然数。
这种归纳事物共同性质的抽象化方式,在我们的生活中随处可见。
比如,分类就是一个典型的抽象化的过程。
假如现在有马、鸽子、海豚和乌鸦四种动物让你进行分类,你会怎么分呢?
你可能有不同的分类方式,但一个常见的分类方法就是将马和海豚分为哺乳类,将鸽子和乌鸦分为鸟类。
虽然马和海豚长得完全不一样,鸽子和乌鸦颜色截然不同,但这只是一个不太重要的一些表面现象。
透过表象,我们可以找到他们的内在本质特征,那就是马和海豚都是以哺乳方式养育幼体,而且都用肺呼吸,而鸽子和乌鸦都是全身长满羽毛且翅膀相当发达。
归纳事物共同性质进行抽象化的另一个应用就是命名,比如前面例子中,“马”被取名为“马”,其实就是一种抽象化的行为。
严格来说,每一匹马都有其独特的个性,在这个世界上,我们几乎找不到两匹完全一模一样的马,但我们忽略每一匹马的个别差异,将共同具有“四条腿、跑得快、身形高大、可以被驯服等等”特征的这种家畜,我们就统统称为“马”。
模型化
所谓模型化,就是指把复杂的现实简化成简单的模型。
例如,日本东京大学数学教授将人生的运气转化成这样一个公式:
这个公式中的u表示的是运气,t表示的是时间;
左边du/dt是微分,表示的是运气会随着时间产生变化;
而公式右边的ku表示的是运气的正面因素,u表示运气,k是比例系数,意思是运气越好,越容易形成良性循环;
-au表示的是运气的负面因素,u是运气,a是比例系数,意思是运气太好,也会有树大招风,遭人忌恨等等的负面影响,而这种影响往往很大,因此用u的平方来表示;
sint是波浪形的三角函数,表示人的运气受到外部宏观环境的影响,可能是呈周期循环分布的。
就像那句俗语说的,“三十年河东,三十年河西”。
虽然用这样一个公式概括人生运气,难免有些过于简单,但它依然会对我们的认知和决策有所启发。
除了用数学公式进行模型化之外,我们还可以用图论的方式进行模型化。
所谓图论,就是由“点和点之间的连接”所构成的图,地铁的路线图就是一种典型的图论图。
据说图论是著名的数学家欧拉为了解决“柯尼斯堡问题”而提出的,柯尼斯堡是普鲁士王国的首都,也就是现在俄罗斯的加里宁格勒。
柯尼斯堡市区有一条河流,在这条河上建了七座桥。在当时的人们热烈地讨论着一个话题,“假设可以从任何一座桥出发,请问七座桥都走,而且只走一遍的前提下,怎么回到出发点?”
数学家欧拉将市区的桥和路简化成了一个路线图,然后分析以桥为节点的道路的条数,发现这七座桥的道路条数都是奇数,所以得出“无法在七座桥都各走一遍的前提下,回到出发点的结论”。
原因在于奇数点的路线,一入一出用掉了两条线,最后一次进入的时候,就不会有路线可以离开,而偶数点的路线,一入一出刚好组成一对,因此每次都可以顺利通过。
欧拉忽略了市区的布局、桥的方向、长度等等表象,只留下了点和点之间的连接,成功地抓住了本质,并合理模型化,这就是能够“把复杂的现实单纯地模型化”的思维方式的精髓。
接下来,我们再看一个图论在工作中运用的例子。
铃木、高桥、田中、渡边、伊藤和山本是某公司的员工,这6个人必须在同一天出席多场会议。会议总共有六种类型,我们文本资料中标记圆圈的部分是每一名员工都必须出席的会议。
假设所有会议的时长都是90分钟,请问如果想要尽早结束所有会议,应该如何安排会议的时程呢?
这个问题的本质在于“哪些会议不能在同一时段进行?”
解决的办法分两步:
第一步,将六场会议用序号标记后画在纸上,然后将无法在同一时段进行的会议用线连接起来。比如铃木必须参加①和②,会议①和②就不能同时进行,就用线连接起来,其他人的依此类推。
第二步,就可以将同一时段举行的会议用相同的符号进行标记,比如会议④和⑥,①和③,将不能在同一时段举行的会议分别用不同的符号进行标记,比如会议①②④⑤。做标记的时候,从受限最多也就是线条数最多的号码开始。
根据以上两步就可以安排出文本资料里的会议的议程,既时间最短,又保证每个人都可以出席,是不是很神奇呢?这就是模型化对事物本质处理的好处。
好了,这一讲就与大家分享到这里。
在这一讲里,我们主要了解了数学中“归纳事物共同性质”和“模型化”两种抽象化方式。
数学,说到底其实就是一门透视事物本质的学科,因此可以说“抽象化”就是数学最大的目标。所以,多在工作和生活中尝试尝试我们这一讲的内容吧!
下一讲,我们一起学习数学思维的第五个方面:具体化。
优雅妈妈悦读,让阅读成就更好的自我!
我们下一讲再见。