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1月23日

漫话距离

我 们的生活从来不缺乏距离的概念,无论是时间的还是空间的,可以测量的还是不可以测量的。自我们来到这个世界,就会用我们还很幼小的眼睛测量着自己和身边的 人的距离,然后跟着距离自己最近的人学叫“妈妈”;长大了,我们学会了用“距离产生美”这种不知道属于公理还是定理的命题,提醒自己不要和心仪的mm走得 太近;而垂垂老矣的人们则开始计算自己到生命终点的距离,盘算着什么时候该立遗嘱了。

什么叫距离呢?随便翻开一本数学教科书,你会发 现,这些书会在这个或者那个角落告诉你,所谓距离,就是一个符合对称性和三角不等式的非负二元函数。为什么要符合对称性和三角不等式呢——大部分的书会告 诉你,这是规定——不符合的就不是距离。少部分负责任一些的书会告诉你,不符合这些条件的“距离”会多麻烦。于是你接受了。

当你放下书 本,回到我们多姿多彩的生活中的时候,这个呆板的定义似乎不能有效地解决你生活中的问题。你去hiking的时候,入口处告诉你,从山下到山上的距离是多 少多少里路,按说上山和下山的距离是一样的,可是当你攀到山顶又走回来的时候,心里可能犯嘀咕,怎么感觉距离不一样呢?伟大的数学家们是不会错的。这是相 对论!——那些费了半天劲才把洛仑兹变换搞明白的人们,生怕错过了这个机会就没有机会显示自己深厚的物理底蕴了。不过,我只是相信一点,根据目前人类的进 化水平,即使把世界短跑冠军的运动速度和地球公转自转速度加起来再乘以10,离光速还远着呢。

再说一个例子,不知道男同胞们是不是发 现,当你想去接近你的梦中情人的时候,距离似乎遥不可及——走出太阳系似乎都没有那么远,反过来,当她想接近你的时候,这个距离比任何预先给定的正实数都 小——我有点怀疑,牛顿或者莱布尼茨当年是不是有过类似体验,才总结出了微机分——这告诉我们为什么微机分不是女生提出的。

为了能让距 离去解释上面说到的现象,我们有必要把它的概念推广一下,把对称性去掉——很多情况下,我们甚至把三角不等式也去掉。一个著名的例子,就是 Kullback-Leibler divergence——用来描述两个分布的“距离”。大家注意了,这里定义这个的人很聪明,为了不和数学家作对,他选择叫做divergence,而不 是distance。不过,很多信息论和统计学的书都犹抱琵琶半遮面地告诉我们,其实可以把它YY成为某种距离。伴随着对称性的丧失,距离的方向性出现 了。就是说从a到b的距离,和从b到a的距离是不一样的——恩,这种推广看起来很适合用来计算你和你心仪的人的距离,或者山顶和山脚的距离。

小 学老师告诉我们怎么去量度两个点之间的距离,就是拿一把尺子。可是,很多时候,你没有机会使用直尺的。你所能做的就是从这点走到那点,看看费了多少劲—— 这就是我们大多数人在生活经验中的距离。黎曼老先生,作为理论联系实际的代表,第一次从在数学上总结了这种生活上的距离——geodesic distance,中文叫做测地距离。它是怎么算距离的呢?就是从起点出发,一步步走向目标,然后把每一步费了多少劲加起来。至于,每一步费了多少劲怎么 算,大家都可以有不同的算法——但是,这些都叫Riemann Metric。 为了大家计算距离时的身体健康,鼓励大家节省能源,规定,只有按照最省事的方法到达目标,这样算出来的才叫距离。 不过,在很多实际应用中,大家只能找到比较省事的方法,未必是“最省的”,也睁一只眼闭一只眼,把算出来的东西追加“距离”的光荣称号。

打 破对称性的千年枷锁,扔掉直尺这种陈腐工具,人们获得了空前的思想解放。男生和女生们开始附庸风雅地用曾经只存在于象牙塔的概念——距离——去评价自己和 她或者他的关系。如何评价,见仁见智——在我看来,很多人的metric里面不外乎写了多少情书,给电信公司贡献了多少短信费,qq/msn在线了多少时 间,又或者吃了多少顿麦当劳。。。。。。在这个定义的基础上,“距离产生美”——这个挂在多少人口头的箴言横空出世了。根据距离就是费了多少劲的意思,这 句话告诉我们,只有费了很多功夫,死了无数脑细胞,才能得到,或者还得不到的才是美的;信手而获,不需要追求的,就谈不上美了。从这个意义上说,这句话和 高中的学到的“劳动产生价值”的道理是一样的,只不过,“劳动产生价值”是物质层次的——太俗了,“距离产生美”是精神层次的,档次和格调显然不一样。



posted on 2008-09-06 17:38 bneliao 阅读(295) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: math

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