福尔摩斯与概率归纳

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 05:04:19
福尔摩斯与概率归纳
翻译:dapplehou
“一个逻辑学家能凭一滴水推测出大西洋或尼亚加拉瀑布的存在,即使他并没亲眼见过。总之,整个生活其实是一条环环相扣的链条,只要看到了其中的一环,整个链条的情况也就知道了。推断和分析的科学和手艺一样,只有经过长期和耐心的钻研才能掌握,有些人即使为它呕心沥血了一辈子,也未必能够达到得心应手的境地。”【血字的研究】
1,福尔摩斯用科学哲学做什么?
今天,我要讲讲福尔摩斯以及他和科学哲学的关系。我想让我的讲话变得如同你吃午饭时听音乐一样惬意,于是就选择一些很轻松有趣的话题来谈,而不谈科学哲学中让人昏昏欲睡的内容。
首先,让我简要的说一下我要讲的内容。很显然,你肯定知道福尔摩斯是谁,虽然你可能不了解他做事情的细节和他说过什么具体的话,但大家都知道他是一位非常出色的侦探,解决了很多案件中的棘手问题,都知道他是推理和观察的行家里手,他经常第一次见你就能说出你是谁、你做了什么、你从哪里来,而做到这些仅仅只需看一看你。[顺便说一下,你相信福尔摩斯现实存在吗?如果你相信,说明你是位福迷]
但是,你们中的多少人能想到他是位非常出色的逻辑学家呢?也就是按照19世纪末期的标准所说的逻辑学家?如果你知道这一点并能证明它,那么或许就没必要再听我啰嗦了。因为我首先要讲的就是他是一位优秀的逻辑学家,我希望通过他做过的事、他说过的话来证明这一点(当然,和华生和柯南道尔告诉的一样)。我们会用常见的方式来展示这些,而不纠缠于具体的推理细节。
其次,我希望能展示他的推理方法。这比第一项任务可艰巨多了,因为我们必须找出他推理方法中的本质特征。为了展示它,我不仅要分析他的所说所做,还要去参照比较19世纪的几个著名的科学哲学家所推荐的科学方法论。我会以历史为背景来考察分析福尔摩斯的推理方法,这就要说到19世纪的科学哲学,很可能还要讲到今天的科学哲学。我将会考察分析它们和福尔摩斯的那一套是相似还是不同。我要考察的逻辑学家和哲学家是:约翰-小赫歇尔、约翰-穆勒、威廉-惠威尔、德-摩根、威廉-杰文斯;然而由于时间有限,我不能全面的评价他们。
对那些急性子的听众来说,或许我可以先把结论透露出来,那结论就是:福尔摩斯显然不同于小赫歇尔、穆勒或惠威尔,他们可被称作经典方法论学者;他与摩根、杰文斯的方法很相近,他们是新符号逻辑和概率归纳理论的倡导者。这就使得他(福尔摩斯)很接近20世纪的逻辑学家。(虽然我很确信福尔摩斯一点都不认识弗列格)
我说这些做什么?在19世纪,统计方法的兴起和发展对科学推理理论有巨大的影响,在这个世纪,摩根和杰文斯的理论属于新兴归纳理论。这些方法论的的变迁明显的反映进了这部流行小说,而《福尔摩斯》正是写于19世纪末20世纪初。
2.福尔摩斯是一名逻辑学家
我们能从小说中找出很多话,这些话可以作为证据来表明他是位逻辑学家。首先,他经常像一位逻辑学家一样形容自己。开头的引用0就是一个例子,在这个例子中,他既说出了逻辑学家能做什么,又说到了逻辑学家应该做什么。很明显,“演绎和分析”正是逻辑学家的专职工作,并且人们应该努力学习以成为一名优秀的逻辑学家!
其次,他的很多话清楚的表现出他是以一名逻辑学家的身份讲话的。下面的引用就是有力的证明:
(引用1)  “有些事实可以不写,至少要把重点所在显示出来。这案件里唯一值得提出的,只是我怎样从事实的结果找出原因,再经过精密的分析和推断而破案的过程。”【四签名】
(引用2) “作出一串推理来,并且使每个推理取决于它前面的那个推理而本身又简单明了,实际上这并不难。然后,只要把中间的推理统统去掉,对你的听众仅仅宣布起点和结论,就可以得到惊人的、也可能是虚夸的效果。“【跳舞的人】
引用1表明了他看犯罪调查报告时的兴趣所在;他感兴趣的地方正是推理方法,很明显,给人的感觉他的身份不是别的,就是一位逻辑学家。
引用2 又一次表明出他的逻辑学家的身份,他分析了逻辑推理的某种效果;他的分析和观察触及到了逻辑推理的本质特征。逻辑推理的每一步本身都很简单和明显,但如果把这些简单的步骤合并成只有二到三步,那么你就会看不清楚前提和结论间的必然联系。举一个极端的例子:在1931年以前,谁能预见会冒出一个哥德尔定理?
因此,福尔摩斯是个优秀的逻辑学家这种假设看来很有希望是正确的,但证明并不太充分,所以让我们继续考察下去,看看他推理的更多详细特征以及他自己对自己所做的事情的看法。
3,福尔摩斯推理方法中的关键字
福尔摩斯在形容他的推理方法时用了这么几个关键字:
排除法
(引用3)“我就是利用这种淘汰一切不合理的假设的办法,终于得到了这个结论,因为其他任何假设都不可能和这些事实吻合”【血字的研究】
(引用4)他摇头说道:“你总是不按我的理论去研究。我不是曾经和你说过多少次吗,当你把绝不可能的因素都除去以后,不管剩下的是什么--不管多么难以相信的事--那就是事实吗?【四签名】
我为大家举个简单的例子。在《四签名》的开头,福尔摩斯推断出了华生去邮局拍电报,这让华生很惊讶,他的推理方法可用这种形式来解释:
(1)       A、B、C三种论断(这是由其他的资料证明出来的)
(2)       去掉A(通过观察的证据)
(3)       去掉B(通过观察的证据)
(4)       所以 C(结论)
让A、B、C分别代表“华生去邮局为了寄信"、"为了买邮票或明信片"、"为了拍电报"。
这看起来很简单,但福尔摩斯的排除法可能不会这么容易,要想全面考虑到所有的可能会很困难,我们注意引用4,排除法是基于任何可能的和不可能的猜测的组合。
接下来,你会很有意思地注意到,福尔摩斯讲解自己的方法时几乎很少使用“归纳”这种字眼,而更爱用“假设”这种字眼。
假设
(引用5)“我曾设想过七种不同的解释,每一种都适用于到目前为止我们所知的事实。但它们当中那一种是正确的只能在得到无疑正在等着我们的新消息后才能做出决定。”【铜山毛榉案】
(引用6)“那么,马在哪里呢?”
“我已经说过,它不是到金斯皮兰就是到梅普里通去了。现在不在金斯皮兰,那一定在梅普里通。我们就按这个假想去办,看结果怎么样。”【银色马】
到这里,甚至一个外行都知道福尔摩斯想说什么,但我们需要较好的哲学知识才能明白下面的术语:
分析法、综合法(回溯推理、向前推理)
(引用7)“我已经对你说过,凡是异乎寻常的事物,一般都不是什么阻碍,反而是一种线索。在解决这类问题时,最主要的事情就是能够用推理的方法,一层层的回溯推理。这是一种很有用的本领,而且也是很容易的,不过,人们在实践中却不常应用它。在日常生活中,向前推理的用处大些,因此人们也就往往容易忽略回溯推理这一层。如果说有五十人能够从事物的各个方面加以综合推理的话,那么,能用分析的方法推理的,不过是个把人而已。”
“大多数人都是这样:如果你告诉他们事情的经过,他们就会告诉你接下来的结果。他们默默地对事情的经过进行综合分析,通过取舍,就能得出结论。只有少数人,如果你把结果告诉了他们,他们就能通过他们内在的意识,推断出造成这种结果的每个步骤是什么。这就是在我说到‘回溯推理‘或者‘分析的方法‘时,所指的那种能力。”【血字的研究】
如同你所了解的那样,笛卡尔的分析程序是这样一个过程:给出一个待解决的问题,我们分析那些必须要涉及的情况,再将它们分解为更加简单、易于处理的情况(用笛卡尔的话说:把每一个复杂的情况尽可能的拆分成若干容易处理的情况)。也可以说是从结果向简单易处理的情况的回朔。在前面的例子中,福尔摩斯也采用了类似的方式,给出一组事实,通过因果关系和回朔推理找到事情发生的原因。(或许福尔摩斯采纳这种方式来解释是为了方便华生的理解)。
[顺便说一下,排除法和这里说的分析法有些相近。我们可以通过杰文斯的逻辑字母表来进行说明,比如,给出三个命题A,B,C,我们可以用下面的办法得到逻辑字母表:对每一个命题,有两种可能性,真或假,用大写表示真,小写表示假,并且,两个或更多字母连在一起表示逻辑乘。那么,我们就可以用下面的八个组合表示出这三个命题的所有组合,杰文斯的逻辑字母表如下:
ABC, ABc, AbC, Abc, aBC, aBc, abC, abc.
它们符合笛卡尔方法:列出所有组合,找出最佳解决方案。这种推理过程本质上是在进行排除:给出信息,通过这些信息排除逻辑字母表中的一些组合,如此反复,结论就会水落石出。这种过程出现在笛卡尔的分析框架内。]
最后,我们看看最重要的关键字:
可能性比较法:
(引用8)“啊!这还算侥幸,我只是说出一些可能的情况,并没想到会这样正确”。
“那么你并不是猜想出来的了?”
“对,对,我向来不猜想。猜想是很不好的习惯,它有害于作逻辑的推理。你所以觉得奇怪,是因为你没有了解我的思路,没有注意到往往能推断出大事来的那些细小问题。”【四签名】
(引用9)“现在,我们简直胡猜起来了”。摩梯末医生说道
“嗯,不如说是在比较各种可能性,并将其中最于实际相接近的选择出来;这就是科学的运用想象力,可靠的物质根据永远是我们进行思考的出发点”【巴斯克维尔的猎犬】
科学的运用想象力
看一下上面引用!
我们注意到福尔摩斯的推理方法里有些形成鲜明对比的地方,一方面他通过比较基于“猜测的可能性”来做出结论,另一方面他极为反对破坏逻辑推理的行为。他一直说他的方法是逻辑的、科学的,虽然在华生和摩梯末之类的外行看来有些靠不住。
到现在为止,从这些关键话中,已经很清楚的显露出,福尔摩斯的推理方法有着严谨的组织,并非你第一次见到后想象的那样杂乱无章。有什么科学方法论能全面的阐述这些特点吗?让我们接着看一些19世纪的逻辑学家。
4,小赫歇尔和穆勒的归纳理论
小赫歇尔,在他的《自然哲学研究讲演集》前言中,提出了十种哲学准则,用来供探索和确认能解释现象的因果关系时使用(我们后面会看到这些准则)。按照他的观点,科学探究的任务就是:
(引用10)“当有新现象出现时,一个具有哲学头脑的人应该首先考虑的就是怎么对现象进行解释或者现象产生的直接原因是什么。如果无法确定这点,那接下来要做的就是概括现象,囊括其它相似的现象,用定理的方式表述出来,寻找现象中最有希望的因素,使用最前沿的知识结构来分析,从而可能寻找到现象背后的直接原因”。
按照他的观点,因果间的关系很机械,也就是说,有什么样的原因一定会造成什么样的后果(当然,有多种原因相互抵消的情况例外)。注意,在因果关系上,这种说法没有给概率的使用留下余地。
小赫歇尔的十条准则被穆勒重新概括为五项原则:
(1)    契合
(2)    差异
(3)    契合差异并用
(4)    剩余
(5)    共变
这些原则的本质就是帮助我们排除矛盾的和违反普遍规律的假设。
让我用一个简单例子来说明这样一个排除过程,假设吃完饭后,我妻子和我感到肚子疼痛难忍,但我们两个女儿相安无事,为了甄别出肚子疼的原因,可能用这种方式来分析:他们都吃了些什么?他们都吃了蒸米饭,牛排,绿豆和瓜,因为只有父母肚子疼,那么肯定是父母吃了同样的东西,而孩子们却没有;父母们喜欢啤酒,他们喝了一杯啤酒,而女儿们没有喝,因此啤酒肯定是肚子疼的罪魁祸首。在这个推理中,契合,差异这两种方法都用到了,这就成功的排除了很多不可能的情况。
因此你可能认为穆勒的方法和福尔摩斯的排除法很相近,但是我们要看一下是不是穆勒的方法能涵盖福尔摩斯推理的所有特征。
穆勒强调归纳是一种证明方法,这很明显的来源于他对演绎方法和假设法间的区别的解释(我们所说的假设-演绎符合后者而非前者)。前者包含三步:归纳、演绎、验证。通过归纳,我们探知到事物的成因或规律,接着,我们通过这些成因和规律来推导结论,例如,我们从中演绎出具体的结论,最后,我们验证结论是否和事实相符。而假设法与之不同,假设法中省去了归纳环节,而是假定一个成因或规则,从中推导出某种结论,然后试着验证它们(注意,按穆勒观点,甚至逻辑或数学原理也要被事实验证)。假设法不做归纳方法中要做的对原因或规律的证明。
小赫歇尔在这点上不像穆勒这么的严格,但是很明显,小赫歇尔根据他的十条准则也盯上了某种证明上,因此他声称我们能在物理学上获得确定性。他也辨析了理论的必然性和事实的确定性之间的区别,并且承认前者仅能被用于这类领域比如数学或几何学,他从不怀疑在物理学的很多方面我们已经取得了后者—事实的确定性;他坚信用科学探索方式我们可以获取可靠的知识。
问题来了,福尔摩斯也相信科学获取的知识的可靠性吗?我们先简要的看一下惠威尔怎么说归纳法的,然后在回过头看这个问题。
5. 惠威尔的归纳理论
同经验因素很重要一样,惠威尔强调了科学上概念的重要性。他信奉康德哲学,而不是像小赫歇尔或穆勒那样的经验主义者。按照他的观点,归纳分三步:(1)声明概念;(2)用概念拟合事实;(3)验证。第二步是惠威尔理论的核心思想;例如,椭圆轨道的概念可以把所有的火星数据很好的拟合在一起。这就是他说的用概念拟合事实的例子;同样的,如果可以用假设很好的解释和拟合几个看似无联系的事实,那么这种假设就被当作最终概念的候选。惠威尔的思想和皮尔斯的不明推论式非常相似。[我们会发现福尔摩斯的推理中也有很多这样的拟合例子,比如,解密就是一个典型的例子,因为我们必须找到解密的关键模式,也就是说,用关键模式把没关联的单词拟合成一句有意义的话]
虽然惠威尔的核心思想和小赫歇尔与穆勒并不相同,但惠威尔也同意:我们获取的自然规律方面的知识是具有确定性的(他甚至声称是必然的)!例如,如果一个能解释一种现象的理论或假设也能很好的解释另一种现象,他称之为:“归纳的一致性”,对惠威尔来说,这就是知识具有确定性的很明显的情况!
6,这些方法和福尔摩斯的方法有何不同?
福尔摩斯的排除法和穆勒的方法非常相似,而他的回朔推理,比如,对于需要解释的现象,先给出几种假设,然后选择最好的那一个,这又跟惠威尔的事实拟合法非常相似。但不管这些方法多么的相似,最本质的一点却是只出现在福尔摩斯的方法中,而在小赫歇尔、穆勒还是惠威尔的方法中都不存在的,那就是对于假设本身的概率上的考虑、对于假设和资料的联系的可能性的考虑。只有把这些放入考虑范围之内,可能性比较法的说法才有意义。
注解:不同于对统计和可能性这种方法不太感冒的惠威尔和穆勒,小赫歇尔在爱丁堡的一篇著名的评论文章[1850]中却清楚的说到了这种方法的优越性,在文章中,他回顾了奎特利的工作成果。[据说麦斯威尔被这篇文章影响,从而开始了他的空气动力理论的研究],然而我们却没能在他1830年的科学方法论一书中看到这样的观点(我们知道他不认同甚至反对达尔文的自然选择学说,而这个学说本质上是基于统计原理的)。因此小赫歇尔介于惠威尔、穆勒与摩根、杰文斯之间!
7,杰文斯的逆概率方法
那么什么理论能涵盖福尔摩斯的所有方法---排除法、回朔推理或解析推理、假设法、可能性比较法?我们在杰文斯的归纳理论中找到了最好的例子
(引用11)通过对形式逻辑和概率论的研究使得我采纳了这种观点:相比于演绎来说,归纳方法无法做到确定无疑,归纳只是演绎结果中一个分支的逆推。【科学原理】
但什么是逆推?这可不是小赫歇尔、惠威尔和穆勒所说的假设-演绎法。他们的方法核心中都没包含这个概念:概率!
杰文斯的意思是,归纳只是概率论的一种逆应用,他说,这种逆应用基于下面的原理:
(引用12)如果从某些不同的原因中(假设这些原因等概率)的任一个原因都可能产生一个事件,那么从事件中推出的原因的概率和从这些原因中推出事件的概率是成比例的。
[引用12或许用概率论的数学符号来表达更容易被理解,我们让P(X,Y)代表X on Y的概率,让P(E,C1)=p, P(E,C2)=q, P(E,C30=r,那么P(C1,E)=p/(p+q+r) . )]
很明显,连因果关系也包含了概率要素,更严格的说,杰文斯的意思应该这样表达:我们通过因果关系所获取的知识不可避免的要包含概率要素。这种人认为知识是不不确定的看法来源于他的老师德-摩根,而德-摩根又是拉普拉斯的逆概率论的倡导者。
现在回头看我们主要观点,按照逆概率方法,我们可以说明什么是可能性比较法,那就是:发生的事件的概率最大的原因,就是在候选的原因中最有可能(也是概率最大)导致事件发生的那个原因。(假定所有原因是等概率的)
8,结论
杰文斯的逆概率方法本质上和福尔摩斯的方法相同。(1)根据给出的信息进行排除,留下可能性最大的假设;(2)向后推理,因为是从给定的结果推测可能的成因,或者按照杰文斯的说法,根据结果以及因果关系的概率来推测原因的概率;(3)最后,我们知道了什么是可能性比较法;福尔摩斯的“科学的运用想象力”就是去根据最初的信息做出的多种可能假设候选,然后根据概率比较,从中去进行选择(当然要先通过调查取得数据来检验这些假设的可能性)。
或许还要提醒一下,虽然我断言概率要素是福尔摩斯方法中的本质特征,但这并非指小赫歇尔、穆勒和惠威尔的方法就和福尔摩斯的矛盾;他们都正确,比如,可以看作福尔摩斯先使用穆勒的归纳排除法、或惠威尔的拟合法,然后再根据概率,使用他自己的回溯推理。
在前面的结论中,我引用了福尔摩斯和华生在《四签名》中第十章的谈话,他说到了概率和统计方法,甚至说到了各种假设的优先级。这是最为关键的,因为如果没有很好的统计论知识,他不可能使用这样的字眼。
(引用13)“我们没有理由想当然”,福尔摩斯回答道“虽然十分之九他们会往下游去的,可是我们不能擅自把上游忽略了。从我们目前这个地方能看见船坞的出入口,可是他们却不容易看见咱们。今晚没有云雾,月亮很亮,咱们就在这儿吧。你看见那边煤气灯光下面,来往的人多么拥挤。”
“那都是从船坞下工的工人们。”
“这些人的外表虽然肮脏粗俗,可是每个人的内心全有一些不灭的生气。只看他们的外表,你是想不到的。这并不是先天的,人生就是一个迷。”
(引用14)“温伍德-瑞德对这个问题有很好的解释。他论道虽然每个人都是难解的谜,可是把人类聚合起来,就有定律了。譬如说,你不能预知一个人的个性,可是能够确知人类的共性。个性不同,共性却是永恒的,统计家们也是这样的说法”
第一个引用是福尔摩斯里的最重要的段落之一,我是认为,我们应不应该对任何一个假设赋予了一个极端概率值(要么0要么1)来作为它的优先级,并不能从我们的经验中判断。因此福尔摩斯才在引用13中说,宁愿假设他们外表粗俗下有不灭的生气,也不给他们一个0概率(译者注:意思是,不能完全排除他们犯罪的可能性)。这正好解释了引用13开头的那句话:我们没有理由想当然。
第二个引用表明他同意统计学家的观点,我们现在对这些知识都很熟,就不多说了。
综上所述,我们知道了福尔摩斯熟练掌握了科学推理的概率理论,并变成自己的方法、在犯罪调查中熟练的应用。此外,由于该新理论的倡导者都是符号逻辑的专家,我们可以得出结论:比较各种可能性我们认为,福尔摩斯也精通布尔符号逻辑。在以上所有的证据的基础上,再根据可能性比较法,我们说:福尔摩斯是一位出色的逻辑学家!