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科学发现的逻辑强烈推荐:

2维的概念。立方体以某种方式包含比直线更多的点,这个模糊的直观的观念,能ม够通过集合论的“维”概念以逻辑上无懈า可击的术语清楚地表述。这种概念对点的类或集是按照在它们的元素า之ใ间的“邻域关系”的丰度加以区别ี的:更高维的集具有更丰富的领ๆ域关系。维的概念,使我们能比较“较高”和“较低”维的类,这里将被用来处理比较可检验度的问题。这是可能ม的,因为基础陈述通过和其他基础陈述的合取结合起来又产生基础陈述,这个ฐ新产生的基础陈述比它们的组成部分“具有更高的复合度”;而基础陈述的这个复合度可以和维的概念联系起来。不过,必须使用被允许的事件的复合而不是被禁止的事件的复合。理由是,一个理论禁止的事件可以有任何复合度;另一方面,某些被允许的陈述之所以被允许,只是因为它们的形式,或者更确切地说,因为它们的复合度太低,以致使它们不能ม和该理论相矛盾;可以利用这个ฐ事实来比较维。

人们回答这些问题的方แ式,主要依赖于他们对科学的态度。像实证主ว义者那样的人,他们把经验科学看作满足诸如有意义性或可证实性等一定逻辑标准的陈述系统,会做出一种回答。有些人包括我在内,看到เ经验陈述易于修正的突出的特性——人们可以批判它们,也可以用更好的陈述来代替它们;这些人认为它们的工ื作就是去分析科学取得进展的能ม力,以及在决定性的场合,在互相矛盾的理论系统之ใ间作出选择的独特方แ法。这些人对上述问题就会做出很不同的回答。

2๐.心理学主义แ的排除

一种二择一的结构可以是有规律的,或者它也可能ม是多少不规则的。下面我将更周密地研究某些有穷二择一的这种规律性或不规则ท性。

55.有穷序列的n-ๅ自由á度

让我们以有穷二择一α为ฦ例,它由á一个个1和0组成,有规律地排列如下:

α1้10่0่110011้00่1้100……在这种二择一中,我们有均等的分布,即1้和0的相对频率是均等的。如果我们用“f”1”示ิ性质1้的相对频率,用“f”0่”示性质0的相对频率,我们可写:

1้αf”1=αf”0=1้2

现在我们从α中选择在α序列内具有直接接在1后面的邻๑域性质的所有项。如果我们用“β”表示ิ这种性质,我们可称为所选子序列ต“α·β“。它有这样的结构:

α·β10101้01้010……

这个序列又是具有均等分布的一种二择一。而且,1和0的相对频๗率都没有变化;即

2α·βf”1้=αf”1้;α·βf”0=αf”0่

用第53๑节采用的术语,我们可以说二择一α的主要性质不受根据性质β作的选择的影响;简言之ใ,α不受根据β作的选择的影响。

由于α的每一个元素或具有性质β即是1的后续者或是0่的后续者,我们可用“”表示后一性质。如果我们现在选择具有性质的元素า,我们得到这样的二择一:

α·01้010่101้010……

这个ฐ序列离均等分布稍有偏差,因为它的始末都是0่因为均等分布a本身以“0่’0่”结尾。如果a有2๐0่00่个元素,那么α·将有500่个0,只有4๒9๗9个1。这些离均等分布或其他分布的偏差ๆ只是因第一个元素或最后一个ฐ元素า而引起的,可通过使序列足够长而使这些离差变得如我们喜欢的那ว么小。由于这个理由á在下面我们将置这些偏差ๆ于不顾;尤其是我们研究的是无穷序列,在那里这些离差就消เ失了。因此,我们说,二择一α·β有均等的分布,并且二择一α不受有性质的元素的选择的影响。结果,α,或更确切地说,α的主要性质的相对频率都不受根据β和根据作的选择的影响;所以我们可以说,α都不受根据直接先行者的性质所作的每一种选择的影响。

显然,这种无຀影响是由á于二择一α结构的某些方面所致;这些方แ面可把α与其他二择一区分开来。例如,二择一α.β和α.并非不受根据先行者的性质所作的选择的影响。

现在我们可以研究二择一α,看看它是否也不受其他选择,尤其是根据一对先行者的性质所作的选择的影响。例如,我们可从α中ณ选择那ว些是一对1้,1的后续者的所有元素า。并且我们马上看到α并非不受四种可能ม的对即1,1้;1,0;01;0,0่中ณ任何一对后续者的选择的影响。在这些情况下,得到เ的子序列都没有均等分布;反之,它们全都由á不间断的块blo9๗s组成,即只由1,或只由á0组成。

α不受根据单个先行者作的选择的影响,但是并非不受根据成对先行者的选择的影响,这个ฐ事实可用主观理论的观点表述如下。关于α中任何元素一个先行者性质的信息,对于这个元素的性质问题是无຀关的。另一方面,关于元素า的成对先行者的性质的信息则是高度有关的;因为给定α据以建立的定律,它使我们能ม够预测所讨论的元素的性质:关于元素成对先行者性质的信息,可以说给我们提供演绎出预ไ测所需的初ม始条件。a据以建立的定律要求一对性质作为ฦ初始条件;因此就这些性质而言,它是“二维的”。详细说明一种性质仅是在成为复合时作为初始条件不充分时才是“无关的”。参阅第3๑8节。

我没有忘记因果性——原因和结果——概念与预ไ测的演绎的关系是多么เ密切,同时我要利ำ用下列术语。以前๩作出的关于二择一α的断言:“α不受根据单个ฐ先行者作的选择的影响”,我现在用下列ต说法来表示:“α不受单个先行者任何后效的约束”,或简言之ใ,“α的自由度为11-free”。不像以前๩那么เ说α“不受或受根据成对先行者所作的选择的影响”,我现在说:“a不受或受成对先行者后效的约束”,或简言之,“α的自由á度是不是2”。

用自由度为1้的二择一作为我们的原型,我们现在能够容易地建立也๣具有均等分布的其他序列,这些序列不仅不受一个ฐ先行者的后效约束,即像α一样自由度为ฦ1,而且还不受一对先行者后效的约束,即自由á度为ฦ2;此后,我们可以继续达到เ自由á度为3๑等等的序列。这样把我们引导到对下述是基本的一般概ฐ念。这就是不受直至某个数n的一切先行者后效约束的自由á度概ฐ念;或者如我们将要说的,n-ๅ自白度概念。更精确地说,我们称一个序列ต“自由度为ฦn”,当且仅当它的主ว要性质的相对频率是“n重无຀影响”,即不受根据单个先行者和根据成对先行者和根据三个ฐ一组的先行者……和根据n个一组先行者作的选择的影响。

自由度为1的二择一α可以用重复任何倍数的生成周期generatingperiod。

A110่0……

来建立。同样我们获得具有均等分布的自由度为ฦ2的二择一,如果我们把

B๦10่1110่00……

作为ฦ它的生成周期,自由度为ฦ3的二择一从生成周期

c1011000่0่11้11้0100……

中获得,而自由度为4的二择一从生成周期

d0110่0่011101้01้001้000่0่01้011้1110011้……

中获得。将会看到:面临一个不规则ท序列的直觉印象随它n自由á度的数n的增长而越强烈。

具有均等分布๧的一个具n自由á度的二择一的生成周期必须ี包含至少2n+1个ฐ元素,作为例子给定的周期,当然可以开始于不同的位置;cນ例如可从它的第四个ฐ元素า开始,于是我们获得的不是cນ,而是

c’10่000่1้11101้0่01้0่1้……

有使序列的n-自由á度不变的其他变换。为每一个ฐ数目n建立n-自由度序列生成周期的方法则ท在别处描述。

如果我们把下一生成周期的最初ม的n个元素加在一个ฐ自由á度为n的二择一上,于是我们得到เ一个长度为2n+1้+n的序列。除了其他性质外,这个序列ต还有以下的性质:n+1个ฐ0和1้的每一种排列ต,即每一个ฐ可能的n+1个组,至少在其中生过一次。

56.节段序列ต二项式的第一形式

给定一个有穷的序列ตα,我们称由n个连续元素า组成的α的子系列ต为‘’α的n长度节段”;或更简单地说,“α的n-ๅ节段”。如果除了序列α以外,还给定某个定数n,那ว么我们能ม够把α的n-节段排列ต在一个序列中——α的n-节段序列ต。给定一个序列ตα,我们就可以从α的最初的n个元素า的节段开始这种方式,建立一个ฐ新的序列ต,即α的n-节段序列。其次是α的2到n+1้的元素า的节段。一般地说,我们把α的从x到x+n-1的诸元素组成的节段看作新า序列ต的第x个元素。如此获得的新序列ต可称为“α的交迭n-节段overlappingn一segments序列”。这个ฐ名称表示,新序列的任何两个连续元素即节段以这种方式交迭;使它们共有原先序列α的n-1้元素า。

现在我们通过选择可以从一个ฐ交迭节段的序列中,获得其他序列,尤其是毗邻n-节段adoiningn-segments的序列ต。

一个毗邻n-节段序列ต只含这样一些n-节段,它们在不交迭的α中,互相直接接续。例如开始也许是原先序列α的编号为1至n的元素的n-节段,续在后面的是n+1至2๐n,2n+1至3n如此等等的元素的n-节段。一般来说,一个毗邻节段的序列将以α的第k个元素า开始,而它的节段将包含α的编号为直至n+k-1,n+k至2n+k-1,2๐n+k至3n+k-ๅ1如此等等的元素。

下面将用“αn”示ิα的交迭n-节段的序列,用“αn”示ิ毗邻n-ๅ节段序列ต。

现在让我们更详细一点考虑交迭节段αn的诸序列。这样一种节段的每一个ฐ元素า是α的一个n-节段。我们可以把例如组成节段的n个一组的有序的0和1้看作是αn一个元素的主要性质。或者我们可以更为ฦ简单地把它的1้的数目看作是这个元素不管1้和0的次序的主要性质。如果我们用“m”表示1้的数目,则显然m≤n。

现在我们又从每一个序列αn得到เ一个二择一。如果我们选择一个特定的mm≤n,并将性质“m”赋予序列ตαn的正好有m个1所以有n-m个0的每一个元素,并且把性质“”非m赋予αn的所有其他元素的话。因此αn的每一个ฐ元素า必定有这两个ฐ性质中的一个ฐ或另一个。

现在让我们再次设想,给定一个ฐ具有主ว要性质“1”和“0”的一个有穷二择一。设1的频率αf”1等于p,0่的频率αf”0等于q。我们设分布是不均等的,即p≠q。

现在让这个二择一α至少有n-1个自由度n是任意挑选的自然数。于是我们可向下列的问题:性质m在序列αn中出现的频๗率是多少?换言之,αnf”m的值是多少?

除了α至少有n-1个ฐ自由á度外,我们什么也๣不假定,我们就能用初等算术解决这个问题๤。答案包含在下列ต公式中ณ:

1αnf”m=

“二项”式1้的右边是由ne9ton在论述有关别ี的问题时提出的有时称为ฦne9๗ton公式。我将称它为ฦ“二项式的第一形式”。

由于推导出了这个ฐ公式我就不再在有穷参考类内考察频๗率理论。这个公式将提供给我们一个基础来讨论随机公理。

5๓7无穷序列频๗率的假说性估计

把为n-自由度有穷序列获得的结果推广到用生成周期参阅第55๓节定义的n-自由度无穷序列是十分容易的。起着参考类我们的相对频率与此有关作用的一个无穷的元素า序列可称为“参考序列”。它多少与vonmises意义上的“集合”相对应。

n-自由度的概念以相对频率的概ฐ念为前提;因为n-自由度的定义要求不受影响——不受根据一定的先行者所作的选择的影响——的是一种性质在其中ณ生的相对频率。在我们讨论有穷序列ต的定理中ณ,我将暂时使用直到เ第64节相对频๗率极限值用f’表示ิ概ฐ念代替有穷类的相对频率f”。只要我们把自己限于根据某个数学规则建立的参考序列ต,这个概念的使用就不会生问题。对于这些序列我们总可以确定相应的相对频率序列是否是收敛的。相对频率极限值概ฐ念只是在没有数学规则只有经验规则与例如钱๥卜序列ต有关的的序列的情况下才会引起麻烦;因为在这些情况下,极限值概ฐ念是未定义แ的参阅第51้节。

建立序列的数学规则的一个ฐ例子如下:“序列α的第n个ฐ元素应该是0,当且仅当n可被4๒除”。它定义แ的无຀穷二择一是

α1้1้10่1110……

其相对频率的极限值αf’1=3/4;αf’0่=1/4。借助数学规则用这种方แ法定义แ的序列ต我简称为ฦ“数学序列ต”。

与之相对照ั,建立经验序列的规则是例如“序列α的第n个ฐ元素将是0่,当且仅当硬币9次掷猜出现反面时”。但是经验规则不一定总是定义แ随机性质的序列ต。例如,我应该把下列规则ท称为ฦ经验规则:“序列的第n个ฐ元素将是1,当且仅当第n秒从某个零时算起时,现摆p摆到这标记的左方แ时”。

这个例子表明有时——例如根据与摆有关的一些假说和测量——可用数学规则ท代替经验规则。用这种方แ法我们会找到一个ฐ数学序列,它以按我们的目的也๣许使我们满意,也许不能使我们满意的精确度接近于我们的经验序列ต。有可能我们的例子可用来建立这种可能ม获得一个其各种频率接近于那ว些经验序列ต的频๗率,在我们目前๩的情况下具有特殊的意义แ。

我把序列ต分为数学序列和经验序列时,我利ำ用的是“内包”上的差别,不是“外延”上的差别。因为如果用“外延”方法,即用一个ฐ接一个ฐ地列举其元素า的方法使我们得一个ฐ序列--因此我们就只能知道它的一个有穷的片段,一个有穷的节段,不管它有多长——,那么เ就不可能根据这个节段的性质确定其一部分的序列是学序列还是经验序列。仅当给定一个建构规则——即“内包”规则—一时,我们就能判ศ定一个序列ต是否是数学的还是经验数的。由于我们希๶望借极限值相对频率概念之ใ助处理我们的无຀穷序列,我们必须ี把我们的研究限于数学序列ต,实际上就是限于相应的相对频率序列是收敛的那ว些数学序列。这种限制等于引入收敛公理。与这公理有关的问题到เ第63๑-6๔6๔节再讨论,因为与“大数定律”一起讨论它们比较方便。

因此我们将只谈数学序列。然而我们将只谈那些数学序列:我们期望或推测它们就频率而言接近于具有似机遇或随机性质的经验序列ต,因为它们是我们的主要兴趣所在。但是期望或推测一个数学序列ต,就频๗率而言它接近于经验序列,不过是提出一个假说——一个关于经验序列频率的假说。

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