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1月23日
漫話距離
我
們的生活從來不缺乏距離的概念,無論是時間的還是空間的,可以測量的還是不可以測量的。自我們來到這個世界,就會用我們還很幼小的眼睛測量著自己和身邊的
人的距離,然后跟著距離自己最近的人學叫“媽媽”;長大了,我們學會了用“距離產生美”這種不知道屬于公理還是定理的命題,提醒自己不要和心儀的mm走得
太近;而垂垂老矣的人們則開始計算自己到生命終點的距離,盤算著什么時候該立遺囑了。
什么叫距離呢?隨便翻開一本數學教科書,你會發
現,這些書會在這個或者那個角落告訴你,所謂距離,就是一個符合對稱性和三角不等式的非負二元函數。為什么要符合對稱性和三角不等式呢——大部分的書會告
訴你,這是規定——不符合的就不是距離。少部分負責任一些的書會告訴你,不符合這些條件的“距離”會多麻煩。于是你接受了。
當你放下書
本,回到我們多姿多彩的生活中的時候,這個呆板的定義似乎不能有效地解決你生活中的問題。你去hiking的時候,入口處告訴你,從山下到山上的距離是多
少多少里路,按說上山和下山的距離是一樣的,可是當你攀到山頂又走回來的時候,心里可能犯嘀咕,怎么感覺距離不一樣呢?偉大的數學家們是不會錯的。這是相
對論!——那些費了半天勁才把洛侖茲變換搞明白的人們,生怕錯過了這個機會就沒有機會顯示自己深厚的物理底蘊了。不過,我只是相信一點,根據目前人類的進
化水平,即使把世界短跑冠軍的運動速度和地球公轉自轉速度加起來再乘以10,離光速還遠著呢。
再說一個例子,不知道男同胞們是不是發
現,當你想去接近你的夢中情人的時候,距離似乎遙不可及——走出太陽系似乎都沒有那么遠,反過來,當她想接近你的時候,這個距離比任何預先給定的正實數都
小——我有點懷疑,牛頓或者萊布尼茨當年是不是有過類似體驗,才總結出了微機分——這告訴我們為什么微機分不是女生提出的。
為了能讓距
離去解釋上面說到的現象,我們有必要把它的概念推廣一下,把對稱性去掉——很多情況下,我們甚至把三角不等式也去掉。一個著名的例子,就是
Kullback-Leibler
divergence——用來描述兩個分布的“距離”。大家注意了,這里定義這個的人很聰明,為了不和數學家作對,他選擇叫做divergence,而不
是distance。不過,很多信息論和統計學的書都猶抱琵琶半遮面地告訴我們,其實可以把它YY成為某種距離。伴隨著對稱性的喪失,距離的方向性出現
了。就是說從a到b的距離,和從b到a的距離是不一樣的——恩,這種推廣看起來很適合用來計算你和你心儀的人的距離,或者山頂和山腳的距離。
小
學老師告訴我們怎么去量度兩個點之間的距離,就是拿一把尺子。可是,很多時候,你沒有機會使用直尺的。你所能做的就是從這點走到那點,看看費了多少勁——
這就是我們大多數人在生活經驗中的距離。黎曼老先生,作為理論聯系實際的代表,第一次從在數學上總結了這種生活上的距離——geodesic
distance,中文叫做測地距離。它是怎么算距離的呢?就是從起點出發,一步步走向目標,然后把每一步費了多少勁加起來。至于,每一步費了多少勁怎么
算,大家都可以有不同的算法——但是,這些都叫Riemann Metric。
為了大家計算距離時的身體健康,鼓勵大家節省能源,規定,只有按照最省事的方法到達目標,這樣算出來的才叫距離。
不過,在很多實際應用中,大家只能找到比較省事的方法,未必是“最省的”,也睜一只眼閉一只眼,把算出來的東西追加“距離”的光榮稱號。
打
破對稱性的千年枷鎖,扔掉直尺這種陳腐工具,人們獲得了空前的思想解放。男生和女生們開始附庸風雅地用曾經只存在于象牙塔的概念——距離——去評價自己和
她或者他的關系。如何評價,見仁見智——在我看來,很多人的metric里面不外乎寫了多少情書,給電信公司貢獻了多少短信費,qq/msn在線了多少時
間,又或者吃了多少頓麥當勞。。。。。。在這個定義的基礎上,“距離產生美”——這個掛在多少人口頭的箴言橫空出世了。根據距離就是費了多少勁的意思,這
句話告訴我們,只有費了很多功夫,死了無數腦細胞,才能得到,或者還得不到的才是美的;信手而獲,不需要追求的,就談不上美了。從這個意義上說,這句話和
高中的學到的“勞動產生價值”的道理是一樣的,只不過,“勞動產生價值”是物質層次的——太俗了,“距離產生美”是精神層次的,檔次和格調顯然不一樣。
posted on 2008-09-06 17:38
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