10月5日是聯合國世界教師日,上周教師節重新認識了第一類知識、也就是物理知識的完善家愛因斯坦老師,今天介述開創第二類知識、即生理知識計量方法的皮爾生老師,他為「知識光譜」開闢了第二方位的頻道,奏出了新聲。
英國的卡爾‧皮爾生為何是 20 世紀人類最重要的思想家之一?因為他發現了第 1 類知識的局限,同時開拓了解決生物問題的計量方法,他這一系的研究者,可能尚未完整領悟到「知識光譜」的存在,但已實質開創了對「生理對象」的「第 2 類知識」。
當前加入對 DNA 的發現、理解、與嘗試控制後,「神與人的關係」再度發生改變,在「生命形體」方面,未來的第 2 類知識大師,有可能取代神創造、維護有形生命的地位。
皮爾生影響不下三大師、知名度有欠故事包裝 科學知識誕生以後,有人逐漸感覺這套知識體系的理論與測量方法,其實有局限,就是僅能適用於物理知識,並不能妥適計量與解釋生理現象,從而有了「統計方法」的萌芽。源起時,可能並沒有建構不同量化理論的目標、僅是針對生理現象而有了不同的觀察方法,如高斯的常態分配觀念、與孟德爾的豆子遺傳實驗,把這方面研究建立為一個知識領域:從生物計量學 ( Biometrics) 到廣義的統計學,可能還是要從卡爾‧皮爾生 (Karl Pearson) 的工作,與其 1901 年創辦 的 刊物 Biometrika 開始。
建構初步「古典統計」領域的也包括了費雪,皮爾生的兒子埃貢·皮爾生及波蘭數學家倪曼。
皮爾生欲解決問題的重要性不亞於伽利略、牛頓、愛因斯坦,但後者有:發現地球繞太陽、被蘋果打到頭、與發明原子彈等半真半假的故事包裝,同時,皮爾生解決的方法與答案並不在人類一般直覺內,所以知名度遠不如後三者。
基於皮爾生之名相對較少人知道,本專欄為他再譯一個中文名:闢二聲,他為科學知識光譜開闢了第二個頻道,唯音頻陽春白雪,願意和聲共鳴者仍須努力。
(左上)第一類知識:數學可以預測多少水、多久可燒開。(左下)第二類知識:澆了神水的稻穗長得比較高,統計可以證明與神水沒有關係。(右)統計也可以測心,預知公主會把綉球丟給誰。(作者提供)
當年退稿大全、今日頂級期刊 Biometrika 的誕生,開始是少數志同道合者的「同仁誌」,背景是( 1 )他們發現並探索了一個不同的知識領域;( 2 )他們的文章不被當時大部分的學者認同。所以乾脆「自己寫、自己編、自己登」,如果是今天,可能會優先建立研究網站。
這個領域的開拓者與後續主要貢獻者,並沒有使用過「第 2 類知識」的名稱,但在魏爾登發言中,可知先驅者已經體會,生理計量法是一種不同的思想方法。歷經百年以上的流變,推論統計翻身變成「社會相信」以後,許多人又直接使用這種方法分析各種 對象 ,忽略了「對象」應與「計量工具」配合。所以,我建議採用「第 2 類知識」的觀念,以區隔、辨別「生理知識」是「知識光譜」中重要的一段,但也非全體適用。
闢二聲創立了卡方分析與相關分析,費雪發明了變異數分析與實驗設計,即古典統計的核心 4 主題。小闢二聲和倪曼則提出了「型 1 錯誤」和「型 2 錯誤」對立的觀念,前者就是較多人聽過的「顯著性考驗」:避免把樣本看見的效果,誤為全體都有效果。後者是避免事實上有效果,卻被錯誤判定沒有效果。型 2 錯誤的分析稱為「檢定力分析 Power Analysis 」,當前主要是醫藥界在使用。
燒開水為何可預測?澆神水因何須推翻? 什麼是科學知識?至少包括 3 項指標:可解釋成因,可預測後果,可以重複實證而達到控制或潛移默化後果。
最簡單的範例,就是「燒開水實驗」。當我們知道有多少單位的水、多少單位的火,就可以預測在多少時間、會把水變成水蒸氣,並屢試不爽。
我們觀察到當 X (加熱)增加時, Y (水溫)也比例升高,因為任何 1 杯水,都等於另外 1 杯水;任何 1 杯水相加,都等於 2 杯水;火也亦然。前者叫「反身性」,後者為「等加性」,幾乎只有物質才具備這 2 種性質,才能得到因果型知識。
「澆神水實驗」則是左右有 2 片等大草坪,左邊澆「大雄活佛」加持過的神水,右邊澆普通水,發現左邊的草比右邊的草長,活佛神水果然有養生保健效果,大家驚歎。有人不信,再澆一次水,發現還是左邊的草比右邊的草長,大家都信了。
由於沒有 1 根草和另 1 根草相同,任意 2 根草相加,也不會等於其他任意 2 根草相加。草彼此自然有長短差異,左右草坪一定有一邊自然比較長。二選一,胡亂猜中的機會實在太高了,和加什麼神水沒有關係。
統計就是讓我們避免被表面現象誤導,我們觀察到當 X (加神水)增加時, Y (草長)也增長,統計能夠幫我們分析, X 和 Y 兩者沒有關係,神水並沒有真正的效果。統計是一種「逆向思想方法」!
所有生物天生都有自然機率上的差異,這些差異是受到外力所致?或只是自然結果?統計就是辨識分析機率,回答這些問題的「第二類知識」。
不同的思想方法:先肯定、或先懷疑 什麼是不同的「思想方法」,對「迴歸分析」的認識,就是最好的一個例子。
第 1 類知識的迴歸,即解決物理問題、一般數學的迴歸公式、可能多數人記得的是:
β0 和ε 相加後等於 a ,為何要多此一舉?差別就在思想方法。
「第 1 類知識」思想的數學迴歸:肯定理論存在,如果觀察值不盡相符,是因為傳導誤差、或工具測量誤差所形成的,並不是理論的錯誤,所以求出迴歸係數的近似值就結束了。由於物質通常都具備反身性、等加性,即使不知道有這 2 個條件,肯定還是成立的。
大學階段多數都教過迴歸,敬請讀者自行檢定:有被提醒迴歸有 2 種 不一樣的定義與適用對象嗎?如果沒有,就是忽略了思想方法的認知與討論。
強調教科書背誦、忽略思想啟發 在此教育反思季節,更應面對教學方法上的因材施教問題。
參加過本專欄「牛頓實驗」,以 10 分鐘 3 句話說明微積分的讀者就知道, 3 句話是:求面積不用乘法改用除法,移項得到直線長度、總加直線就得到面積。但教科書必須滿足數學的抽象性,所以不說「除法」而說「求極限」,也不能說「直線」而必須說「碎片」。所以很多學生聽到「極限」就開始趴下,講到「碎片」就可以聽到鼾聲。本來只需要初中程度就可以理解的微積分,變成一個不想接觸的恐怖怪獸,更可惜的是失去了解決複雜曲折問題的思想機會。
我發現相當比例的師承是「背誦承傳」,以背誦公式與結論為學問,即使變成學霸學閥,還是不知道其所以然。尤其當前資料都是丟給電腦處理,連體驗「求極限」的具體過程就是在做除法的機會都沒有。有些人只敢緊守教科書上的名詞,連「改用除法」都不敢說,甚至以教科書不是這麼說而避諱,更減少了學生領悟的可能。
公主招親、接龍必勝 許多統計方法必須以實驗對象符合「常態分配」為條件。對不具常態分配性質的事物,如某些人類行為,並不一定適用。
以上的「 β0 和 ε」在幾何上都是曲線面積,如果不知道微積分如何處理曲線面積,不知道「 β0 和 ε」的曲線面積如何判斷事件之間是否有真實關聯,為何可以進一步高談闊論複雜千萬倍的公共事務?我很好奇。
真正理解統計思想方法後,可以打開許多看似不可能現象的眼界。本文作者有多個實驗,其中 2 個可以簡易實施,而成果明確。
「公主招親實驗」:繡球公主抽籤招親,共有 6 位候選人,誰會被抽到?公主還沒有抽,我以「測心術」就可以知道她會抽中誰。歷年實驗結果在: 「公主招親恐怖箱實驗」 。
實驗開始採用了坊間宗教「灌頂加持」等儀式,其實是順應人類心理迷信優先的過程,真正展示的是「什麼是隨機性 / 等機率性」,當確切了解後就可以控制機率事件。真正的知識不僅只為考試、而能在生活中有用,真的很有趣!
另外一個是「接龍必勝實驗」,在 Win 10 之前, Windows 有個「連環新接龍」遊戲,是 4 色撲克牌各 2 付,共 8 付牌 104 張,總共可排列數約為為「 228 後面跟著 148 個 0 」的巨大數字,在只知道 10 張牌的情況下,要排出 4 色、 8 條龍。由於太困難, Win 10 接龍實驗追尋第3類知識創新 後已經取消了,但在「」網頁上仍有提供,讀者可以挑戰一下。
本專欄要證明,當能夠在「純隨機環境」中找到「非等機率條件」就可以「接龍必勝」,歷年實驗結果也報告在以上網頁。
革命型創新,總需要伯樂 伽利略推出「滾球實驗」時,當時的人不知道滾球有什麼特別,直到啟發了牛頓與愛因斯坦理解滾球反映了重力的存在,從而導引出各種應用、改變了人類的生活方式。
闢二聲和伽利略、牛頓、愛因斯坦,以及其他「革命型創新」者相同的是,在起步階段沒有受到公資源的輔助,甚至被當時的學霸學閥藐視,幸而也發生「伯樂 / 邁得奇」模式,出現金主貴人高爾頓。高爾頓捐助了闢二聲實驗室、創辦期刊、支付他教職的薪資,甚至遺留給他巨額的發展基金,才有現在的第二類知識。