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科学发现的逻辑 作者:波珀-第27章

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  α不受根据单个先行者作的选择的影响,但是并非不受根据成对先行者的选择的影响,这个事实可用主观理论的观点表述如下。关于α中任何元素一个先行者性质的信息,对于这个元素的性质问题是无关的。另一方面,关于元素的成对先行者的性质的信息则是高度有关的;因为给定α据以建立的定律,它使我们能够预测所讨论的元素的性质:关于元素成对先行者性质的信息,可以说给我们提供演绎出预测所需的初始条件。(a据以建立的定律要求一对性质作为初始条件;因此就这些性质而言,它是“二维的”。详细说明一种性质仅是在成为复合时作为初始条件不充分时才是“无关的”。参阅第38节。)

  我没有忘记因果性——原因和结果——概念与预测的演绎的关系是多么密切,同时我要利用下列术语。以前作出的关于二择一α的断言:“α不受根据单个先行者作的选择的影响”,我现在用下列说法来表示:“α不受单个先行者任何后效的约束”,或简言之,“α的自由度为1(1-free)”。不像以前那么说α“不受(或受)根据成对先行者所作的选择的影响”,我现在说:“a不受(或受)成对先行者后效的约束”,或简言之,“α的自由度是(不是)2”。

  用自由度为1的二择一作为我们的原型,我们现在能够容易地建立也具有均等分布的其他序列,这些序列不仅不受一个先行者的后效约束,即(像α一样)自由度为1,而且还不受一对先行者后效的约束,即自由度为2;此后,我们可以继续达到自由度为3等等的序列。这样把我们引导到对下述是基本的一般概念。这就是不受直至某个数n的一切先行者后效约束的自由度概念;或者如我们将要说的,n…自白度概念。更精确地说,我们称一个序列“自由度为n”,当且仅当它的主要性质的相对频率是“n重无影响”,即不受根据单个先行者和根据成对先行者和根据三个一组的先行者……和根据n个一组先行者作的选择的影响。

  自由度为1的二择一α可以用重复任何倍数的生成周期(generating period)。

  (A)1100……

  来建立。同样我们获得具有均等分布的自由度为2的二择一,如果我们把

  (B)10111000……

  作为它的生成周期,自由度为3的二择一从生成周期

  (C)1011000011110100……

  中获得,而自由度为4的二择一从生成周期

  (D)01100011101010010000010111110011……

  中获得。将会看到:面临一个不规则序列的直觉印象随它n自由度的数n的增长而越强烈。

  具有均等分布的一个具n自由度的二择一的生成周期必须包含至少2n+1个元素,作为例子给定的周期,当然可以开始于不同的位置;(C)例如可从它的第四个元素开始,于是我们获得的不是(C),而是

  (C’)1000011110100101……

  有使序列的n…自由度不变的其他变换。为每一个数目n建立n…自由度序列生成周期的方法则在别处描述。

  如果我们把下一生成周期的最初的n个元素加在一个自由度为n的二择一上,于是我们得到一个长度为2'n+1'+n的序列。除了其他性质外,这个序列还有以下的性质:n+1个0和1的每一种排列,即每一个可能的n+1个组,至少在其中发生过一次。

  56.节段序列 二项式的第一形式

  给定一个有穷的序列α,我们称由n个连续元素组成的α的子系列为‘’α的n长度节段”;或更简单地说,“α的n…节段”。如果除了序列α以外,还给定某个定数n,那么我们能够把α的n…节段排列在一个序列中——α的n…节段序列。给定一个序列α,我们就可以从α的最初的n个元素的节段开始这种方式,建立一个新的序列,即α的n…节段序列。其次是α的2到n+1的元素的节段。一般地说,我们把α的从x到x+n-1的诸元素组成的节段看作新序列的第x个元素。如此获得的新序列可称为“α的交迭n…节段(overlapping n一segments)序列”。这个名称表示,新序列的任何两个连续元素(即节段)以这种方式交迭;使它们共有原先序列α的n-1元素。

  现在我们通过选择可以从一个交迭节段的序列中,获得其他序列,尤其是毗邻n…节段(adjoining n…segments)的序列。

  一个毗邻n…节段序列只含这样一些n…节段,它们在不交迭的α中,互相直接接续。例如开始也许是原先序列α的编号为1至n的元素的n…节段,续在后面的是n+1至2n,2n+1至3n如此等等的元素的n…节段。一般来说,一个毗邻节段的序列将以α的第k个元素开始,而它的节段将包含α的编号为直至n+k-1,n+k至2n+k-1,2n+k至3n+k…1如此等等的元素。

  下面将用“α(n)”示α的交迭n…节段的序列,用“αn”示毗邻n…节段序列。

  现在让我们更详细一点考虑交迭节段α(n)的诸序列。这样一种节段的每一个元素是α的一个n-节段。我们可以把例如组成节段的n个一组的有序的0和1看作是α(n)一个元素的主要性质。或者我们可以更为简单地把它的1的数目看作是这个元素(不管1和0的次序)的主要性质。如果我们用“m”表示1的数目,则显然m≤n。

  现在我们又从每一个序列α(n)得到一个二择一。如果我们选择一个特定的m(m≤n),并将性质“m”赋予序列α(n)的正好有m个1(所以有n-m个0)的每一个元素,并且把性质“”(非m)赋予α(n)的所有其他元素的话。因此α(n)的每一个元素必定有这两个性质中的一个或另一个。

  现在让我们再次设想,给定一个具有主要性质“1”和“0”的一个有穷二择一。设1的频率αF”(1)等于p,0的频率αF”(0)等于q。(我们设分布是不均等的,即p≠q。)

  现在让这个二择一α至少有n-1个自由度(n是任意挑选的自然数)。于是我们可向下列的问题:性质m在序列α(n)中出现的频率是多少?换言之,α(n)F”(m)的值是多少?

  除了α至少有n-1个自由度外,我们什么也不假定,我们就能用初等算术解决这个问题。答案包含在下列公式中:

  (1)α(n)F”(m)=“二项”式(1)的右边是由Newton在论述有关别的问题时提出的(有时称为Newton公式)。我将称它为“二项式的第一形式”。

  由于推导出了这个公式我就不再在有穷参考类内考察频率理论。这个公式将提供给我们一个基础来讨论随机公理。

  57 无穷序列 频率的假说性估计

  把为n-自由度有穷序列获得的结果推广到用生成周期(参阅第55节)定义的n-自由度无穷序列是十分容易的。起着参考类(我们的相对频率与此有关)作用的一个无穷的元素序列可称为“参考序列”。它多少与von Mises意义上的“集合”相对应。

  n-自由度的概念以相对频率的概念为前提;因为n-自由度的定义要求不受影响——不受根据一定的先行者所作的选择的影响——的是一种性质在其中发生的相对频率。在我们讨论有穷序列的定理中,我将暂时使用(直到第64节)相对频率极限值(用F’表示)概念代替有穷类的相对频率(F”)。只要我们把自己限于根据某个数学规则建立的参考序列,这个概念的使用就不会发生问题。对于这些序列我们总可以确定相应的相对频率序列是否是收敛的。相对频率极限值概念只是在没有数学规则只有经验规则(与例如钱卜序列有关的)的序列的情况下才会引起麻烦;因为在这些情况下,极限值概念是未定义的(参阅第51节)。

  建立序列的数学规则的一个例子如下:“序列α的第n个元素应该是0,当且仅当n可被4除”。它定义的无穷二择一是

  (α)11101110……

  其相对频率的极限值αF’(1)=3/4;αF’(0)=1/4。借助数学规则用这种方法定义的序列我简称为“数学序列”。

  与之相对照,建立经验序列的规则是例如“序列α的第n个元素将是0,当且仅当硬币c的第n次掷猜出现反面时”。但是经验规则不一定总是定义随机性质的序列。例如,我应该把下列规则称为经验规则:“序列的第n个元素将是1,当且仅当第n秒(从某个零时算起)时,发现摆p
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