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我是閱讀愛好者小雅。
這一講,我們繼續閱讀書籍——
《如何喚醒數學腦》
。
在上一講,我們主要了解了數學中
“
等價轉換
”和“
因果轉換
”
兩個知識點在我們日常生活和工作中的應用。
試試這個等價法,孩子寫作文不憋字!
這一講,我們一起學習數學中非常重要的一種思維方式:
抽象化思維
。
所謂
抽象化,意思就是從眾多的事物中去掉一些不必要的細枝末節,總結歸納出最重要的特點。
抽象化思維方式一般主要有兩種:一個
是
歸納事物的共同性質
,一個是
模型化
。
歸納事物共同性質
你還記得我們在初中的數學中是不是經常做這樣的練習題:觀察下面數字的排列規律,總結出該數列的公式。
比如:
2,4,6,8,10,12等等等等。
你可能馬上就能找到這個數列的規律就是,都是偶數,用公式表示就是
2N
,其中
N
為整數。
再比如:
1,3,6,10,15,21,28,36等等等等。
你可能找到的公式就是n(n+1)/2,其中
n
為自然數。
這種歸納事物共同性質的
抽象化
方式,在我們的生活中隨處可見。
比如,分類就是一個典型的抽象化的過程。
假如
現在有馬、鴿子、海豚和烏鴉四種動物讓你進行分類,你會怎麼分呢?
你可能有不同的分類方式,但一個常見的分類方法就是將馬和海豚分為哺乳類,將鴿子和烏鴉分為鳥類。
雖然馬和海豚長得完全不一樣,鴿子和烏鴉顏色截然不同,但這只是一個不太重要的一些表面現象。
透過表象,我們可以找到他們的內在本質特徵
,那就是馬和海豚都是以哺乳方式養育幼體,而且都用肺呼吸,而鴿子和烏鴉都是全身長滿羽毛且翅膀相當發達。
歸納事物共同性質進行抽象化的另一個應用就是命名
,比如前面例子中,“馬”被取名為“馬”,其實就是一種抽象化的行為。
嚴格來說,每一匹馬都有其獨特的個性,在這個世界上,我們幾乎找不到兩匹完全一模一樣的馬,但我們忽略每一匹馬的個別差異,將共同具有“四條腿、跑得快、身形高大、可以被馴服等等”特徵的這種家畜,我們就統統稱為“馬”。
模型化
所謂
模型化,就是指把複雜的現實簡化成簡單的模型。
例如,日本東京大學數學教授將人生的運氣轉化成這樣一個公式:
這個公式中的
u
表示的是運氣,
t
表示
的是時間;
左邊du/dt是微分,表示的是運氣會隨著時間產生變化;
而公式右邊的
ku
表示的是運氣的正面因素,
u
表示運氣,
k
是比例係數,意思是運氣越好,越容易形成良性迴圈;
-au表示的是運氣的負面因素,
u
是運氣,
a
是比例係數,意思是運氣太好,也會有樹大招風,遭人忌恨等等的負面影響,而這種影響往往很大,因此用
u
的平方來表示;
sint
是波浪形的三角函式,表示人的運氣受到外部宏觀環境的影響,可能是呈週期迴圈分佈的。
就像那句俗語說的,“
三十年河東,三十年河西
”。
雖然用這樣一個公式概括人生運氣,難免有些過於簡單,但它依然會對我們的認知和決策有所啟發。
除了用數學公式進行模型化之外,我們還可以用
圖論
的方式進行模型化。
所謂
圖論,就是由“點和點之間的連線”所構成的圖,地鐵的路線圖就是一種典型的圖論圖。
據說圖論是著名的數學家尤拉為了解決“
柯尼斯堡問題
”而提出的,柯尼斯堡是普魯士王國的首都,也就是現在俄羅斯的加里寧格勒。
柯尼斯堡市區有一條河流,在這條河上建了七座橋。在當時的人們熱烈地討論著一個話題,“
假設可以從任何一座橋出發,請問七座橋都走,而且只走一遍的前提下,怎麼回到出發點?
”
數學家尤拉將市區的橋和路簡化成了一個路線圖,然後分析以橋為節點的道路的條數,發現這七座橋的道路條數都是奇數,所以得出“無法在七座橋都各走一遍的前提下,回到出發點的結論”。
原因在於
奇數點的路線,一入一出用掉了兩條線,最後一次進入的時候,就不會有路線可以離開,而偶數點的路線,一入一出剛好組成一對,因此每次都可以順利透過。
尤拉忽略了市區的佈局、橋的方向、長度等等表象,只留下了點和點之間的連線,成功地抓住了本質,併合理模型化,這就是能夠“
把複雜的現實單純地模型化
”的思維方式的精髓。
接下來,我們再看一個圖論在工作中運用的例子。
鈴木、高橋、田中、渡邊、伊藤和山本是某公司的員工,這
6
個人必須在同一天出席多場會議。會議總共有六種型別,我們文字資料中標記圓圈的部分是每一名員工都必須出席的會議。
假設所有會議的時長都是
90
分鐘,請問如果想要儘早結束所有會議,應該如何安排會議的時程呢?
這個問題的本質在於“哪些會議不能在同一時段進行?”
解決的辦法分兩步:
第一步
,將六場會議用序號標記後畫在紙上,然後將無法在同一時段進行的會議用線連線起來。比如鈴木必須參加①和②,會議①和②就不能同時進行,就用線連線起來,其他人的
依此類推
。
第二步
,就可以將同一時段舉行的會議用相同的符號進行標記,比如會議④和⑥,①和③,將不能在同一時段舉行的會議分別用不同的符號進行標記,比如會議①②④⑤。做標記的時候,從受限最多也就是線條數最多的號碼開始。
根據以上兩步就可以安排出文字資料裡的會議的議程,既時間最短,又保證每個人都可以出席,是不是很神奇呢?這就是模型化對事物本質處理的好處。
好了,這一講就與大家分享到這裡。
在這一講裡,我們主要了解了數學中“
歸納事物共同性質
”和“
模型化
”兩種抽象化方式。
數學,說到底其實就是一門透視事物本質的學科,因此可以說
“抽象化”就是數學最大的目標
。所以,多在工作和生活中嘗試嘗試我們這一講的內容吧!
下一講,我們一起學習數學思維的第五個方面:
具體化
。
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我們下一講再見。