復雜和簡單的辯證

復雜和簡單看起來是相反的,但很多時候它們是辯證的:有的東西表面復雜,但本質比較簡單;有的東西表面簡單,但本質比較復雜。前者叫做“復雜的簡單”(最後追求的是“簡單”),後者叫做“簡單的復雜”(最後追求的是“復雜”)。這個世界的本質,是“復雜的簡單”,而人們幹的幾乎所有事情,最後追求的,也是“復雜的簡單”。

當然,這隻是我個人的一個觀點,並不完全客觀。

見左側目錄。

正文-----------------

“復雜的簡單”和“簡單的復雜”

什麼是“復雜的簡單”和“簡單的復雜”呢?

舉幾個例子:

1,舉個遊戲的例子,圍棋和德州撲克:圍棋是“復雜的簡單”的典型:它的套路、模式很復雜,但遊戲規則很簡單:就是兩個人交替下棋子,誰最後的棋子數目更大,誰就贏瞭。規則很簡單。德州撲克是“簡單的復雜”的典型:它的基本規則特別簡單,幾分鐘就學會瞭,而且沒有什麼太高深的套路、模式,但是它的玩法非常復雜,要跟幾個對手進行心理上的博弈,要根據對手的場外因素(比如微動作)還有對手的歷史出牌策略,來分析對手的心理,預判對手的出牌,等等,場上局勢瞬息萬變。

2,舉個科學定理的例子,托勒密的地心說和愛因斯坦的質能方程 E=mc^{2} 。地心說是“簡單的復雜”:它的體系、結論很復雜,地心說把地球作為中心,這樣表示出來的行星軌道特別復雜,要用四十個大圓套小圓,才能擬合軌道,但是它的前提假設很簡單,它假設地球是中心。質能方程是“復雜的簡單”:它的結論很簡單,就是一個短短的等式,但得出這個結論所需要的過程很曲折,這個等式背後的基本假設的提出,需要卓越的遠見和想象力,這個過程是復雜的。

3,舉個學科的例子,數學和計算機科學(在同等難度的情況下)(為瞭比較,我舉計算機科學中偏算法的例子,這樣跟數學更接近),數學是“復雜的簡單”:比如一個積分,怎麼積,很復雜,一個矩陣,怎麼分解,很復雜,但是它要解決的問題的形式很簡單:積分解決的問題比如說是算面積、體積、物理學上的做工、經濟學上的總利潤,等等,問題的形式很簡單;計算機科學是“簡單的復雜”,比如設計一個程序來算出一個網絡中一個節點到另一個節點的最短路徑,這個算法叫迪傑斯特拉算法(單源最短路徑問題),程序涉及到的知識特別簡單,它需要的數學知識也就是小學數學水平(如果你不考慮證明過程的話),而且整個50行左右的代碼中,任何一句話拿出來都沒有任何高深的邏輯,但是整個問題該怎麼設置變量、怎麼對變量進行操作,怎麼分支,怎麼循環,是復雜的,如果是一個初學者,想順利地敲出那段代碼也不是很容易的事情。

(當然數學和計算機科學是兩個很龐大的學科,很難來進行這種對比,我隻是拿出某個維度進行一個很膚淺的對比。)可以用下面這個示意圖來表示:

4,舉個現在比較火的人工智能的概念的例子,深度學習和強化學習(我隻舉其中的幾個例子):深度學習是“復雜的簡單”:它的任務的輸入輸出很簡單,輸入比如說是圖像、視頻等,輸出比如說是識別準確率,分類準確率,輸入輸出很簡單,結果用幾個準確率的數字就可以表示,但是它的神經網絡的結構很復雜,神經網絡的原理——正向傳播、反向傳播,還有網絡怎麼優化,怎麼消除梯度下降這樣、過擬合這樣的問題,很復雜;強化學習的基本方法——策略迭代、價值迭代、泛化迭代雖然概念很繞,但從數學上講沒有任何高深的東西,它的基本公式貝爾曼方程也沒有任何高深的東西,但是它在工程上的實現很復雜,光是考慮怎麼構建環境(比如小車在方塊模擬的道路和障礙物上怎麼行走)就很復雜,再考慮智能體和環境的交互過程,就很復雜。

這個世界的本質是追求“復雜的簡單”

這個世界的本質是在追求“復雜的簡單”:一切東西,它看起來花樣很多,很豐富,但是底層原理的形式是很簡單的。舉幾個例子:

1,行星的種類各式各樣,但是它們都滿足萬有引力的公式 a=frac{GM}{r^{2}} 。隻要知道瞭一個行星的軌道半徑、周期,就可以推算出這個恒星系統的其他行星的情況:比如知道瞭它們的軌道半徑就可以算出周期。

2,人的基因有30萬對堿基,但是它們每一個隻有A,T,C,G四種類型。人的基因序列本質上就是ATCG這四個字母的排列組合。

3,我們已知的原子數量有200多個,但它們都由相似的中子、質子和電子構成。

我們人類的認知體系也是向著“復雜的簡單”的方向演化的:一個比較完善的知識體系,它的形式應該是簡單的。如果一個知識的形式非常的復雜,那麼它大概率是“沒有觸及到本質”的,它大概率會被別的認知模型推翻。

舉幾個例子:

1,地心說也能解釋行星軌道,但是它需要用四十個大圓套小圓來解釋,非常繁瑣。而日心說解釋行星軌道的時候,就呈現出橢圓形軌道,非常簡單。

2,人們剛發現光速不變的時候,搞出來“以太”這種東西來解釋,但又沒有一個合理的理論來解釋這個“以太”到底是個什麼東西,搞得比較繁瑣。後來人們搞出來洛倫茲變換,數學傢龐加萊等人又證明瞭質量變換公式等,到愛因斯坦完善瞭整個狹義相對論,這個體系的形式非常簡單,隻需要兩條基本假設;1)光速在任何坐標系下都是一樣的;2)任何勻速坐標系的物理性質都一樣。而且結論最後濃縮成非常簡短的一句話 E=mc^{2}

3,物理學有四種基本作用力:萬有引力、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。弦論出現之前,物理學傢統一瞭除萬有引力之外的其他三種作用力,弦論又基本上統一瞭四種基本作用力。四種基本作用力,在本質上是一個東西去。

“復雜的簡單”的底層邏輯:進化

這個世界為什麼會呈現出“復雜的簡單”呢?它的底層原理是什麼呢?我的理解是,進化機制。

進化就是一個把“復雜的簡單”做到極致的事情。進化的底層邏輯特別簡單:先是在偶然的一個條件下生成瞭一個非常簡單的生物,它的結構極其簡單。然後,它開始隨機地產生變異,產生有利變異的時候就會在環境中很好地生存,從而擴大自己的基因,產生不利變異就被環境淘汰掉瞭。它沒有什麼復雜的邏輯,就是隨機產生變異,然後環境把有利的變異保留下來。於是就誕生瞭異常復雜的生物結構。

可以用下面這個示意圖來表示:

這個圖表示,生物向不同方向隨機產生變異,變異後,結構變得復雜,其中隻有有利變異可以擴大自己的基因。於是它向著“正確”的方向不斷變得更加復雜。

其實人類社會也存在著這樣類似進化的機制:世界上先產生第一個政權,可能是一個部落,或者部落聯盟,然後不同的政權分別向著各個方向演化,適合環境的就發揚光大,不適合環境的就被淘汰掉瞭。所以我們今天看到的政權大都是組織性很強、比較完善並且非常精密的結構。一個行業剛湧現出一批公司的時候,這些公司往往一開始都很小,隻有幾十號或者十幾號人,結構很簡單,然後它們向著不同的方向(商業模式)發展,如果商業模式適合大環境,它就會擴大,否則就衰退,逐漸市場上的主要公司,就是那些有著正確的商業模式、結構越來越復雜的公司。

我們宇宙中的恒星系統也存在著類似進化的機制:第一代的恒星是由比較輕的元素構成的,第一代恒星消亡以後,留下瞭比較重的元素(恒星在高溫下將比較輕的元素合成瞭比較重的元素),第二代、第三代恒星則含有一些比較重的元素。後面的恒星有點像是由前一代恒星“進化”而來的產物。

我們的宇宙可能也是在一個更大范圍的空間中,由別的宇宙“進化”來的:我們的宇宙有很多的參數恰好就在某個合適的區間內,不偏不倚,很難想象它恰好就是某種巧合。如果認為是從別的宇宙“進化”而來的,所以才保留瞭很多優良的特性,就合理很多。

結構:“復雜的簡單”和“簡單的復雜”

如果我給你兩套知識體系,它分別是這樣的:

知識體系1:

內容1
內容1.1
內容1.2
內容1.3
內容1.4
內容1.5
內容1.6
內容1.7
內容1.8
內容2
內容2.1
內容2.2
內容2.3
內容2.4
內容2.5
內容2.6
內容2.7
內容2.8

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