燃烧脑细胞的 16 个悖论
【1】我知我无知
苏格拉底有句名言:“我只知道一件事,那就是我一无所知。”
这个说法本身就是悖论,展现了自我参照的表述(self-referential statement)的复杂性。而这也是西方哲学先贤带给我们的重要启示:你得问你以为你知道的一切。越是问东问西问长问短打破砂锅问到底,越会发现身边正有一大波悖论呼啸而过。
【2】二分法悖论(dichotomy paradox)
概述:运动是不可能的。你要到达终点,必须先到达全程的1/2处;要到达1/2处,必须先到1/4处……每当你想到达一个点,总有一个中点需要先到,因此你是永远也到不了终点的。
古希腊哲学家芝诺(Zeno)提出了一系列关于运动不可分性的哲学悖论,二分法悖论就是其中之一。直到19世纪末,数学家们才为无限过程的问题给出了形式化的描述,类似于0.999……等于1的情境。
那么究竟我们是如何到达目的地的呢?二分法悖论只是空谷传音般放大了问题。若想妥善解决这个问题,还得靠物质、时间和空间是否无限可分等等这些20世纪的衍生理论。
脑洞:无限二分16寸芝士乳酪蛋糕却不能吃的快感,你值得拥有。
【3】飞矢不动(arrow paradox)
概述:一根箭是不可能移动的。飞行过程中的任何瞬间,它都有一个暂时的位置,由此可知一枝动的箭是所有不动的集合。
芝诺又一著名悖论,他认为时间的单位是瞬间。事实上,运动不会发生在任何特定时刻,并不意味着运动不会发生。战国时期的诡辩学代表人物惠施也曾说:“飞鸟之影,未尝动也。”
“飞矢不动”实际上暗示了量子力学的观点。以狭义相对论为背景,物体在静止与运动时是不同的。根据相对论,对于以不同速度移动的物体,观察者会产生不同感受,对周围的世界也会持有不同看法。
脑洞:看到漂亮妞心动3秒,上去要电话惨遭拒绝。咳咳,飞矢不动,我没心动。
【4】忒修斯之船(Ship of Theseus paradox)
概述:如果忒修斯的船上的木头被逐渐替换,直到所有的木头都不是原来的木头,这艘船还是原来的那艘船吗?
基于同一性的古希腊著名悖论,引发了赫拉克利特、苏格拉斯、柏拉图等的各种讨论。近代启蒙运动中,英国的两位大哲学家托马斯·霍布斯(Thomas Hobbes)、约翰·洛克(John Locke)也曾尝试解答这个问题。答案始终是是非非,难以一锤定音。
脑洞:人体细胞每七年更新一次,七年后,镜子里是另一个你。
【5】上帝无所不能?
概述:无所不能的上帝,能不能创造出他自己搬不动的石头?
关于上帝无所不能的逻辑悖论不胜枚举。教徒们有无数理由证明上帝的神圣,而在他们看来,这些悖论的理由根本无关紧要。
脑洞:装备此逻辑,与自称为上帝的自恋狂魔们大战几百回合不掉血。
【6】托里拆利小号(Gabriel's Horn)
概述:体积有限的物体,表面积却可以无限。
17世纪的几何悖论。意大利数学家托里拆利(Evangelista Torricelli)将y=1/x中x≥1的部分绕着x轴旋转了一圈,得到了上面的小号状图形(注:上图只显示了一部分图形)。然后他得出:这个小号的表面积无穷大,可体积却是 π。
脑洞:原来也有平胸不一定能为国家省布料的时候。
【7】理发师悖论(Russell's Paradox的别称)
概述:小城的理发师放出豪言:“我只帮城里所有不自己刮脸的人刮脸。”那么问题来了,理发师给自己刮脸么?如果他给自己刮脸,就违反了只帮不自己刮脸的人刮脸的承诺;如果他不给自己刮脸,就必须给自己刮脸,因为他的承诺说他只帮不自己刮脸的人刮脸。两种假设都说不通。
赫赫有名的罗素悖论,由英国数学家勃兰特·罗素教授于20世纪初提出。这条悖论证明了19世纪的集合论是有漏洞的,几乎改变了数学界20世纪的研究方向。
脑洞:对于不刮胡子的女理发师不成立。
【8】第二十二条军规(Catch-22)
概述:疯子才能获准免于飞行,但必须由本人提出申请;凡能意识到飞行有危险而提出免飞申请的,属头脑清醒者,应继续执行飞行任务。即“如果你能证明自己发疯,那就说明你没疯”,诸如此类。
《第二十二条军规》由约瑟夫·海勒(Joseph Heller)根据自己在二战中的亲身经历创作。该书的主角为了逃避危险的作战任务而装疯,可逃避的愿望本身又证明了他的神志清醒。
Catch-22已成为英语词典中的常用词汇,用来形容自相矛盾的死循环,或是人们处于荒谬的两难之中。
脑洞:“一等奖:iPhone6 Plus”,但是“本商场拥有本次活动的最终解释权”。
【9】有趣数悖论(Interesting Number Paradox)
概述:1是非零的自然数,2是最小的质数,3是第一个奇质数,4是最小的合数等等;如果你找不到这个数字有趣的特征,那它就是第一个不有趣的数字,这也很有趣。
于是,量子计算领域的研究猿纳撒尼尔·约翰斯(Nathaniel Johnston)把这些有趣的整数定义为一个整体,并将这些整体排成序列,像是质数、斐波那契数列、毕达哥拉斯数等。基于这个定义,约翰斯在2009年6月的博客里提出,第一个没有出现在序列里的数字是11630。2013年11月序列更新之后,他表示14228是最小的无趣数。
脑洞:n只青蛙n张嘴,2n只眼睛4n条腿,扑通n声跳下水……你想起数列是个什么鬼了吗?
【10】饮酒悖论(drinking paradox)
概述:酒吧里会发生这种情况:如果有人在喝酒,那么每个人都在喝酒。乍看起来是一个人喝酒导致了所有人喝酒。实际上,如果酒吧里至少有一个人没在喝酒,那么按照数学中的实质条件(material conditional),对那些没喝酒的人来说,有些人在喝酒,这些人中的每个人都在喝酒,情况依然成立。
实质条件的示意图如下:
“饮酒悖论”由于雷蒙德·斯穆里安(Raymond Smullyan)的书而出名,这本书的名字就叫《这本书叫什么名字》(What Is the Name of this Book?)。
【11】球与花瓶(Balls and Vase Problem)
概述:假设无限个球和一个花瓶,现在要进行一系列操作,且每次操作都一样:往花瓶里放10个球,然后取出1个球。那么,无穷多次这样的操作之后,花瓶里有多少个球呢?
答案千奇百怪。最直接的是无限个,也有数学家认为,每个球都会被取出来。逻辑学家詹姆斯·亨勒(James M. Henle)和托马斯·泰马祖科(Thomas Tymoczko)提出花瓶里的球最终可以是任意数目,甚至有具体的构造方法。
1976 年谢尔登·罗斯(Sheldon Ross)在他的《概率论第一课》(A First Course in Probability)介绍了这个问题,所以它被称为“罗斯·利特尔伍德悖论”(Ross-Littlewood Paradox)。
脑洞:小学奥林匹克暗袋摸球概率题终极版。
【12】土豆悖论(potato paradox)
概述:100克土豆含有99%的水,如果它被榨出了2%,还剩98%的水分,它将只重50克。即100克的土豆含有1克干物质(dry material),当还剩98%的水分时,1克将对应2%的含量,因此含98%水分的土豆重50克。
脑洞:理科生们笑到内伤。
【13】生日悖论(birthday paradox)
概述:随机挑选一组人,其中就会有两人同一天生日。
用抽屉原理来计算,只要人群样本达到367,存在两人同天生日的可能性就能达到100%(一年虽然只有365天,但是有366个生日,包括2月29日)。然而,如果只是达到99%的概率,只需要57个人;达到50%只需要23个人。这种结论的前提是一年中每天生日的概率相等,可怜的2月29日除外。
脑洞:颤抖吧人类,该方法已应用于常见的黑客密码攻击:生日攻击。
【14】朋友悖论(friendship paradox)
概述:你的基友总是比你拥有更多基友。
这都是数学惹的祸,诡异的统计学能证明你的好基友拥有更多朋友,身材更棒,学习更好,工资更高……而你就是个杯具。
脑洞:这类似于,问:长这么大你遇到过的最优秀的人是?答:别人家的孩子
【15】祖父悖论(bootstrap paradox)
概述:如果你乘坐哆啦A梦的时光机,回到你爷爷奶奶相遇之前,杀死你的爷爷会发生什么?如果杀死了你的爷爷,那么你就从未诞生;如果你从未诞生,如何回到以前杀死你的爷爷?
祖父悖论看似杜绝了人为操纵命运的可能,过去无法改变,爷爷一定会在孙子的谋杀中幸存下来;还有种可能是,你进入了另一个平行宇宙,这是你从未生活过的世界,但你的爷爷奶奶却也在这里。
这个关于时间旅行的悖论源自罗伯特·海因莱因的短篇小说,近来又出现在诺兰导演的《星际穿越》中。
脑洞:如果你重返二战前,杀死希特勒,成功阻止了二战的爆发。然而,如果没有发生二战,回去刺杀希特勒的理由是什么?时间旅行本身就消除了旅行的目的,本身就在质疑本身。
【16】外星文明
概述:天文学的基本假设是,苍茫宇宙间,地球是一颗在平常不过的星球。NASA(美国宇航局)的开普勒卫星发现,银河系内很可能存在着110亿个类似地球的星球。
我们的文明是有声的,广播电视和无线电信号都是人为的。如果确实存在与地球相像的文明,我们应该有能力找到证据。
目前,因为错综复杂的原因,我们无法切实证明宇宙有其他文明。庞大的宇宙空间使沟通变得困难。尽管我们使用电磁波和外星联系,但由于电磁频谱极宽,我们无法确定外星人使用哪种频谱。再加上那些星球的文明发展度可能过高、过低,抑或是生活着与人类不同的生命形式,又大大降低了准确交流的可能。
脑洞:我们坚信来自星星的都教授的存在!
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正负偏差变量 即 d2+、d2- 分别表示决策值中超出和未达到目标值的部分。而 di+、di- 均大于 0 刚性约束和目标约束(柔性目标约束有偏差) 在多目标规划中,>=/<= 在刚性约束中保持不变。当需要将约束条件转换为柔性约束条件时,需要将 >=/<= 更改为 =(因为已经有 d2+、d2- 用来表示正负偏差),并附加上 (+dii-di+) 注意这里是 +di、-di+!之所以是 +di,-di+,是因为需要将目标还原为最接近的原始刚性约束条件 优先级因素和权重因素 对多个目标进行优先排序和优先排序 目标规划的目标函数 是所有偏差变量的加权和。值得注意的是,这个加权和都取最小值。而 di+ 和 dii- 并不一定要出现在每个不同的需求层次中。具体分析需要具体问题具体分析 下面是一个例子: 题目中说设备 B 既要求充分利用,又要求尽可能不加班,那么列出的时间计量表达式即为:min z = P3 (d3- + d3 +) 使用 + 而不是 -d3 + 的原因是:正负偏差不可能同时存在,必须有 di+di=0 (因为判定值不可能同时大于目标值和小于目标值),而前面是 min,所以只要取 + 并让 di+ 和 dii- 都为正值即可。因此,得出以下规则: 最后,给出示例和相应的解法: 问题:某企业生产 A 和 B 两种产品,需要使用 A、B、C 三种设备。下表显示了与工时和设备使用限制有关的产品利润率。问该企业应如何组织生产以实现下列目标? (1) 力争利润目标不低于 1 500 美元; (2) 考虑到市场需求,A、B 两种产品的生产比例应尽量保持在 1:2; (3)设备 A 是贵重设备,严禁超时使用; (4)设备 C 可以适当加班,但要控制;设备 B 要求充分利用,但尽量不加班。 从重要性来看,设备 B 的重要性是设备 C 的三倍。 建立相应的目标规划模型并求解。 解:设企业生产 A、B 两种产品的件数分别为 x1、x2,并建立相应的目标计划模型: 以下为顺序求解法,利用 LINGO 求解: 1 级目标: 模型。 设置。 variable/1..2/:x;! s_con_num/1...4/:g,dplus,dminus;!所需软约束数量(g=dplus=dminus 数量)及相关参数; s_con(s_con_num);! s_con(s_con_num,variable):c;!软约束系数; 结束集 数据。 g=1500 0 16 15. c=200 300 2 -1 4 0 0 5; 结束数据 min=dminus(1);!第一个目标函数;!对应于 min=z 的第一小部分;! 2*x(1)+2*x(2)<12;!硬约束 @for(s_con_num(i):@sum(variable(j):c(i,j)*x(j))+dminus(i)-dplus(i)=g(i)); !使用设置完成的数据构建软约束表达式; ! !软约束表达式 @for(variable:@gin(x)); !将变量约束为整数; ! 结束 此时,第一级目标的最优值为 0,第一级偏差为 0: 第二级目标: !求 dminus(1)=0,然后求解第二级目标。 模型。 设置。 变量/1..2/:x;!设置:变量/1..2/:x; ! s_con_num/1...4/:g,dplus,dminus;!软约束数量及相关参数; s_con(s_con_num(s_con_num));! s_con(s_con_num,variable):c;! 软约束系数; s_con(s_con_num,variable):c;! 结束集 数据。 g=1500 0 16 15; c=200 300 2 -1 4 0 0 5; 结束数据 min=dminus(2)+dplus(2);!第二个目标函数 2*x(1)+2*x(2)<12;!硬约束 @for(s_con_num(i):@sum(variable(j):c(i,j)*x(j))+dminus(i)-dplus(i)=g(i)); ! 软约束表达式;! dminus(1)=0; !第一个目标结果 @for(variable:@gin(x)); ! 结束 此时,第二个目标的最优值为 0,偏差为 0: 第三目标 !求 dminus(2)=0,然后求解第三个目标。 模型。 设置。 变量/1..2/:x;!设置:变量/1..2/:x; ! s_con_num/1...4/:g,dplus,dminus;!软约束数量及相关参数; s_con(s_con_num(s_con_num));! s_con(s_con_num,variable):c;! 软约束系数; s_con(s_con_num,variable):c;! 结束集 数据。 g=1500 0 16 15; c=200 300 2 -1 4 0 0 5; 结束数据 min=3*dminus(3)+3*dplus(3)+dminus(4);!第三个目标函数。 2*x(1)+2*x(2)<12;!硬约束 @for(s_con_num(i):@sum(variable(j):c(i,j)*x(j))+dminus(i)-dplus(i)=g(i)); ! 软约束表达式;! dminus(1)=0; !第一个目标约束条件; ! dminus(2)+dplus(2)=0; !第二个目标约束条件 @for(variable:@gin(x));! 结束 最终结果为 x1=2,x2=4,dplus(1)=100,最优利润为
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