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閒侃 (6):從智商到決定論
   昨天論壇有幾個話題,大伙兒聊得比較多的是智商 (IQ)、以及天才維納 (Norbert Wiener)。維納的話題是因為深山蘭同學的帖子:維納的兩次遭遇 。這裡俺再就這兩個話題補充幾句,特別是如何將這兩個話題聯繫起來,看是不是有些意思。

0) 先來幾句“鋪墊”。這裡我們假設只討論成人的智力,並且假設所討論的每個人智力是不變的,假設我們討論的是目前最流行的韋克斯勒成人智力量表。智力,比較明顯的是個體概念,因為這是你個人的某種屬性;但是智商 IQ 則不是,智商是個集約的概念,它是將某個人的智力拿去和其他人相比較而得到的一個值。這和“道德”這樣的概念是類似的,離開了群體去談論道德是卑鄙還是高尚是沒有意義的。比較明顯的是,函數 f
      IQ = f (智力)
理論上是個單調函數,所以從這個意義而言,在群體/樣本空間給定後,智商 IQ 就是智力的一種度量,它們之間存在 1-1 對應關係。

在韋克斯勒成人智力量表中,在假設服從正態分布的前提下,智商的平均值被定義成 100,標準差被定義成 15,見下圖 (from online):


這自然意味着,大約有 68% 的人智商在 85-115 之間,大約有 95.45% 的人智商在 70-130 之間,所以智商高於 130 的人大約只占 2.27%。

1) 關於 IQ 測試的兩句題外話。
話題 1a):因為“智力”這個概念在 IQ 測試前就存在,所以傳統意義下的“智力”,和 IQ 測試下的“智商”---- 從而智力,因為智商和智力存在 1-1 對應關係 ---- 就會有偏差,這是一般的 IQ 測試成績用來度量智力而招致批評的主因。不過據統計,IQ 值和成績測試之間的相關係數很高,大約有 0.70+,而 GRE 分數和成績測試之間的相關係數不足 0.2。

話題 1b):東亞人 (大陸、台灣、香港、日本、南韓等) 的 IQ 值全球最高,部分原因是因為東亞人的學習方式造成的,應試教育能使得這個分數偏高。當然這個說法會使得部分民族自豪感很強的同學不高興。

2) 你的智商是多少:頻率學派和貝葉斯學派的分歧
你的智力是你的一種固有屬性,所以你可以假設它是個固定值。但是你的智商呢?因為智商是個集約概念,它的平均值被定義成 100,所以你的智商 IQ 值,很明顯,是樣本空間的一個變量。如果測試的樣本空間是全大陸或者全世界,你的 IQ 值若是 100,那就是十足的中庸之資,只能拿來在一群笨蛋前面顯擺;但是如果樣本空間是全世界的傻博士甚至是全體炸藥獎得主,那得個 100 的分數就是件值得顯擺的事情,至少比巴靈頓大學高才生吳征博士強。


所以不妨固定樣本空間,例如假設樣本空間是大陸。因為理論上你的智力和智商存在 1-1 對應關係,所以樣本空間固定了,你的智商理論上也有個值。假設你在某次測試中得到了一個分數 120,這個 120 是不是就是你的真實 IQ 呢?很明顯,不大可能恰好就是,因為你若參加數次測試,你的分數可能是 120、115、124、119、119、123 等之類。大家知道,統計的一個使命就是從這些觀測值出發,推出你的真實智商是多少。當然你可以用各種看上去比較合理的推斷法,例如最小二乘;例如最大似然、最大後驗等。用統計術語來說,這裡的任務就是對你的智商這個“參數”進行估計,其中最大似然、最大後驗這兩種方法 (本質上,前者是後者的特例) 和概率中的貝葉斯 (Bayes) 定理密切相關,具體細節就沒必要說了。貝葉斯本人可以說是歷史上最大牌的“民科數學家”之一。他帶來的影響不只是數學方面的,也有哲學方面的,歷史上著名的哲學流派“貝葉斯學派”就是以他的名字命名的。

為啥這會牽涉到哲學?而且這和深山蘭的帖子、特別是“決定論”有啥關係?

回到咱們的話題。咱們現在的任務是從一系列的 IQ 測試成績去估算出真實 IQ,對不對?所以一個很自然的想法就是,我雖然不知你的 IQ 的值到底是多少,但是我知道它一定是存在的,是個固定值,不會改變,亦即 IQ = constant;如果測量值越多,我們就能越精確地知道真實的 IQ 值,對不對?持這種觀點的學派,稱為古典的頻率學派 (Frequentists),和它對立的就是貝葉斯學派(Bayesians)。貝葉斯派則認為你的真實 IQ 並不是一個固定值,而是一個隨機值,也就是說,你的真實 IQ 也可以是個分布:
     IQ = g (IQ)
這裡 g 就是參數 IQ 所服從的分布。所以從模型而言,貝葉斯學派的模型比頻率派的模型更複雜,從計算角度而言,大體上貝葉斯學派關於你的 IQ (注意此時你的 IQ 是個分布) 結果,亦即所謂的後驗分布,就是頻率派的似然函數乘以所謂的先驗分布函數。所以從方法論/哲學的角度而言,頻率學派可以說是 static 的,貝葉斯學派可以說是 dynamic 的,後者的模型是不確定的,完全取決於觀測數據 (亦即你的一系列 IQ 測量分數),以及一個帶有主觀色彩的先驗分布,然後用似然函數去修正先驗分布,然後得到後驗分布 (亦即你的 IQ 到底是多少的一個概率分布)。自然規律 (例如你的真實智商) 到底是什麼,頻率派認為是客觀存在的,不以你的觀測結果和主觀判斷而改變;貝葉斯學派則認為自然規律依賴你的觀測結果 (例如你的 IQ 測量值),不同的觀測結果會導致不同的客觀規律,而且和主觀的先驗分布有關;也就是說,觀測數據 (外加主觀的先驗分布) 決定了客觀規律是什麼。

所以,你的智商到底是多少?呵呵,是不是不說還成,現在倒貌似越說越糊塗了?

3) 胡侃決定論:和深山蘭商榷
儘管不是一回事,但是經典的頻率派和貝葉斯學派的區別,和經典物理和哥本哈根學派對量子力學的解釋,是有些相似的。大體上講,頻率派和以愛因斯坦為代表的經典物理學派類似,而貝葉斯學派則和玻爾、玻恩的哥本哈根學派觀點類似。

長話短說,回到深山蘭昨天的一則跟評 (見 http://bbs.creaders.net/life/bbsviewer.php?btrd_id=3170631&btrd_trd_id=913125,這裡拷貝如下):

龐加萊對混沌的認識是今天混沌理論的先驅。今天知道,我們的這個世界根本不是嚴格決定論的。
他對世界這個特性的認識,是遠遠走在時代前列的。而愛因斯坦卻一直抱着牛頓力學推導出來的決定論的東西不放,這是他為什麼極力反對量子力學的根本原因。很顯然,在此點上,愛氏被時代遠遠拋棄了。當然,我們不能就說龐加萊超過了愛氏。僅說二人是一個水準上的。

首先,愛因斯坦-玻爾之間的之爭里,那裡的“決定論”,和這裡混沌理論 (當然還有別的,例如布朗運動) 中的“決定”,不是一個意思,是有本質區別的。愛-玻之爭的決定 (自然就是包括相對論在內的經典物理之決定論),老愛認為是本質的,而量子力學的統計結果不是本質的,經典的決定論仍然起作用,儘管如何起作用的,老愛以及薛定愕、玻姆等人回答不了,但回答不了並不等於經典的決定論不起作用;但玻爾、玻恩等人的觀點是經典的決定論失效,統計詮釋是本質的。

但是混沌理論、布朗運動以及別的例如熱力學等,決定論並沒有失效。例如10000 個花粉在水分子的撞擊下做布朗運動,物理學是能夠提供描述這些花粉運動的精確解的動力學方程組的,儘管實際上這做不到。水分子隨機撞擊花粉的布朗運動,經典的決定論並沒有失效,你之所以不這麼做,是因為你能力有限,解不出幾萬億個方程組。但你不能,並不意味着耶和華不能。但根據量子論的觀點,耶和華在開啟黑匣子前是對薛定愕貓的生死狀態也斷言不了的;電子的具體位置,耶和華也是無法精確測量的。這是因為本質,而不是因為技術上的困難。如果我們能瞬間秒解幾萬億個方程組,熱力學就是多餘的,熵增定律就可以拋進爪窪島,因為它們是多餘的。

如果貝葉斯學派是本質的,那麼耶和華也回答不出你的智商到底是哪個固定值,因為它不存在一個靜態的值,它會隨着觀測數據的改變而不斷地被修正。耶和華只能給你一個後驗的動態分布結果。

經典物理的決定論只在一種情況下失效:在廣義相對論模型下,強引力場存在閉合迴路的情形。但即使是這樣,這種失效和量子論的統計解釋中的失效也是不同的:前者的失效不是本質的,而是因為整體積分迭加的結果,這種失效是 traceable 的,而在局域範圍內決定論總是有效的;後者則是本質的,是因為上帝在拋硬幣。
 
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