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從前有個學生熬夜遲到了,錯把困擾數學家的難題當作業做了出來

本文由公眾號 「把科學帶回家」 提供

給孩子最好的科學教育

作者 七君

一個年輕的學生仔正在努力地做高數作業。他挑燈夜戰,終於在第二天成功地錯過了數學課。

醒來後鬆了一口氣心急如焚的學生仔衝到了教室里,發現黑板上早已寫下了一行字。

你遲到了!

哦不,努力擠了擠眼睛後,學生仔發現,黑板上明明寫的只是幾道看起來很難的數學題嘛…真是嚇死個人…

…莫非…這就是老師布置的作業?

不敢詢問老師以至打草驚蛇,暴露自己遲到的學生仔趕忙把題目抄到本子上,收拾書包回家提筆開戰。

終於在幾天後,學生仔把這兩道題給解出來了。

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過了幾天,老師來到學生仔家中家訪。

害怕自己遲到的事實已經被老師察覺的學生仔驚恐萬分。老師開始向他咆哮:「你知道你幹了什麼嗎?」

「不是吧…是不是我算錯了啊…」學生仔試圖岔開話題。

老師深深地吐了一口氣,「你知道你解決了統計學上的2個大難題嗎?」

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上面這個故事可不是什麼勵志成功學裡的雞湯,而是一個真實事件,甚至還被改編成了電影。1997年的講述美版掃地僧——數學天才清潔工的《心靈捕手》(Good Will Hunting)就用了這個真人真事。

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《心靈捕手》

這個學生仔,叫做喬治·伯納德·丹齊格(George Bernard Dantzig),他是近代著名的統計學家,也是線性規劃(linear programming)的發明人。

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在密歇根讀研究生時的丹齊格

1986年,在接受《College Mathematics Journal》採訪時,丹齊格回憶了那段有趣的經歷。

在這個事件發生時,他是加州大學伯克利分校的一個在讀博士生,那是丹齊格來到伯克利的第一年。

他本來要上統計學家耶日·內曼(Jerzy Neyman)教授的研究生統計學課。因為遲到而不敢提問的丹齊格以為黑板上的兩道題都是作業,於是問也沒問就都做了。

幾天後,丹齊格給內曼道歉,說他花了這麼長的時間才把作業寫完,因為這次的作業好像比平時難一點點點點。真抱歉啊,老師,遲交的作業你還收不?

內曼老師就讓他把作業放在桌子上。

丹齊格有點擔心,因為老師的桌子上堆滿了論文,就這麼把作業放在上面的話,老師可能(因為桌子太亂而)永遠也看不到自己的作業了。

但是大概在六周以後,一個周日的早上8點,丹齊格和老婆 Anne 聽見有人敲門。來的人居然就是內曼教授。

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1937年,新婚的丹齊格和妻子 Anne 正在野餐。

內曼興高采烈地拿著論文沖了進來,「我給你的文章寫了引言部分,快來看一下,這樣我就可以寄出去發表了!」

有那麼一分鐘,丹齊格完全不知道內曼在說個什麼東東。後來他才搞明白,自己寫的那兩個「回家作業」,原來是統計學上的2個著名的問題,老師寫在黑板上只是為了告訴大家這兩個問題很難而已,根本沒想到有人能解決它們。

6周後,內曼教授告訴丹齊格,他準備把他的回家作業中的兩道證明題中的一個拿出來發表。

一年後,丹齊格對自己的博士論文該寫點什麼有點點犯愁。內曼滿不在乎地告訴丹齊格,只要把那兩個回家作業裝訂起來交給他就好啦,他完全接受這樣的博士論文。

而丹齊格當時的反應是:

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老師!我選擇延畢!因為我要去參軍報效祖國!(? ??_??)?

就這樣,丹齊格就得償所願地延畢了,並去了美國空軍的統計部門工作(他說那時的美國空軍連統計計幾到底有幾架飛機的方法也沒有)。1946年,丹齊格才回到伯克利拿到博士學位。

二戰後,丹齊格解決的第二個統計學難題也陰差陽錯地被發表了。

是這樣的,1950年左右的時候,丹齊格收到了匈牙利數學家阿夫拉姆·沃爾德(Abraham Wald)的一份來信,信里是他馬上要發表在《數理統計年鑒》(Annals of Mathematical Statistics)上的一篇論文。

沃爾德說,有人告訴他,他的這篇論文的主要結果和丹齊格的第二個「回家作業」是一毛一樣的。於是丹齊格說,那你在論文里加上我的名字,我們一起發表好不好?

沃爾德就這樣同意了,趕在論文發表前,在校對樣本上寫上了丹齊格的名字。

就這樣,因為熬夜遲到,丹齊格不但攻克了統計學上的兩大難題,還順道把博士論文給搞定了,外加發了兩篇論文。

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不過丹齊格眼中的這件小事,後來卻讓他成為突破思維定勢的正能量代言人,而且這件事,他還是從別人嘴裡聽到的呢。

有一次,已經成為斯坦福大學運籌學教授的丹齊格在早上散步,有個人騎車過來跟他打招呼。原來這是斯坦福大學的數學家高德納(Don Knuth)。

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高德納

@ Computer History Museum

這個高德納也是不得不展開一下下的人物,此人也是數學和計算機領域的大牛一枚。他在1974年獲得了計算機領域的最高榮譽——圖靈獎。

清華的姚班知道吧,姚班就是以姚期智命名的,姚期智是2000年的圖靈獎得主,也是目前唯一一個拿過圖靈獎的華人。

如果高德納這個人不是個很有意思的學霸,那他將以令程序員聞風喪膽的名聲而流傳於世。

比爾·蓋茨是這樣評價他的著作——《計算機程序設計藝術》(The Art of Computer Programming)的難度的:「你要是能讀明白這本書講了個索西,你就把簡歷發給我好伐。」

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這個程序員自尊心殺手本來高中是想學音樂的,大學裡一開始也是學物理,錯就錯在他看了一眼 IBM 650(一種早期的計算機)的使用說明後,被堪比程序員版醫生處方的晦澀說明給氣笑了,於是決定親自教一教 IBM 該怎麼寫說明書,才走上計算機這條道路的。

這個程序員自尊心殺手還有個怪癖,那就是喜歡獎勵給他挑錯找茬的人。

每挑出一個錯吧,他就獎勵那個人2.56美元。為啥是2.56美元呢?因為在16進位的世界裡,256美分就等於1美元啊親。

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高德納支票

現在,程序員們忘記了曾經被高德納支配的恐懼,反而開始哄搶高德納給那些成功找茬的人頒發的高德納支票(Knuth reward check)。你們程序員不要面子的啊喂!( *?ω?)?╰ひ╯

對了,高德納的中文名,就是姚期智的老婆儲楓取的。

有多少像比爾·蓋茨這樣的程序員,因為小時候被這幾個怪獸級別的人虐哭而開始創業,並走向了人生巔峰,把他們像串串香那樣連起來能不能繞地球一周,就沒人知道了。

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好吧,我們扯回來。

高德納對丹齊格說,「嗨喬治老弟,我最近在印第安納州耍,在那裡的教堂里聽到神父誇你好巴適來著。你知道你對美國中部的基督徒有多大的影響力嗎?」

丹齊格有點懵圈。啥意思啊,俺咋就成了基督徒的精神偶像了咧?

高德納繼續滔滔不絕地講,「後來下課了以後牧師還過來問我認不識丹齊格,因為你也在斯坦福嘛。bla bla bla」

這個牧師也是從另外一個知名牧師 the Reverend Schuler 那裡聽到丹齊格的勵志故事的。

原來, the Reverend Schuler 這位牧師在碰巧曾和丹齊格飛機上鄰座,倆人暢聊後,牧師對丹齊格一不小心解決了統計學難題的故事大受震動,於是把丹齊格的故事寫成了書,並且影響了一代代的美國人。

聽起來,拿過約翰馮諾依曼理論獎(John von Neumann Theory Prize)和國家科學獎章(National Medal of Science),能和高德納談笑風生的丹齊格已經不屬於人類了,可是丹齊格也曾經是個數學掛科仔。

「一開始學代數的時候我學得很差,準確地說我掛科了。我還記得有一天在回家的路上,我好氣自己哦。我問我自己,作為一個數學家(下面會介紹)的兒砸,為什麼我的數學可以這麼差,而其他小朋友的數學都比我好得多?我簡直氣到爆炸,但那以後我的代數就如履平地了。」

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可能大佬都有殘血以後開啟技能點的操作吧,張無忌不就是被人推到昆崙山的坑裡才練會《九陽真經》的嘛。

「是的,雖然7年級以前我對學習絲毫提不起興趣,但從那(被數學虐了)以後我的數學就一直是全班第一,高中的時候我的數學和科學都很好。我還參加了國際象棋俱樂部。但是我對其他科目就沒什麼興趣。」

就是這個曾經數學掛科的男人,在幾十年後的1947年發明了線性規劃,並且在基礎學科和工業界得到了爆髮式的應用。

直到現在,投資行業、鋼鐵行業等眾多需要規劃的行業還在使用丹齊格創造的方法。美國聯邦能源局還在用他的方法來探索能源政策的替代性方案。

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1975年,前美國總統傑拉爾德·福特(右)授予丹齊格(左)國家科學獎章。

所以,丹齊格他爸媽到底有什麼樣特殊的育兒技巧呢?

丹齊格的爸爸托比亞斯·丹齊格(Tobias Dantzig)也是個數學家,師從法國數學家龐加萊,他的媽媽 Anja Ourisson 也曾在法國索邦大學學習數學,後來在約翰霍普金斯大學拿下了法語碩士學位。

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丹齊格的爸爸托比亞斯·丹齊格(左)和媽媽 Anja Ourisson(右)

「用蕭伯納的賣花女里的伊莉莎的話來說,我小時候吃的母乳就是射影幾何,我從小就是被射影幾何奶大的。我爸常常給我出射影幾何的題目,在我上高中的時候,他給了我成千上萬道射影幾何的題目做。

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1歲的丹齊格

每次我做完給他的時候,他就會說,『辣,再給你一道。』好像他有無窮多的數學題庫存。一開始他還會看我做的對不對,但是過了一段時間,他就默認我做的都是對的,然後再給我來一道。

這種智力訓練是我爸給我的最好的禮物。在高中這段大腦還在發育的期間給我做這麼多題,對於我的分析能力的養成來說比什麼都重要。」

所以,丹齊格他爸是逼他學數學么?

「才不是咧!是我自己想做題,我爸給我題做的目的是讓我不要去煩他。他很忙,要帶學生,要寫論文做研究。最後,我終於把他的題都做完了,然後我就去國會圖書館找新題去了。」

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看完丹齊格的故事,我們終於明白了數學學不好的2個原理:

1 因為有微信群,老師會在群裡布置作業,所以根本不會出現做錯作業這種事好嗎?

2 不是被射影幾何奶大的,而是被一把屎一把尿養大的。

ˉ\_(ツ)_/ˉ

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