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什么是奥卡姆剃刀?

2017年10月1日 / 71次阅读

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我们说奥卡姆剃刀(Occam's Razor, Ockham's Razor),或者简化为剃刀,后面一般都要加上“原理”两个字(或者原则,说成定律是错的)。它是由14世纪逻辑学家、圣方济各会修士奥卡姆的威廉(William of Occam,约1285年至1349年)提出。这哥们当年说:Do not multiply entities beyond necessity,but also do not reduce them beyond necessity。这个原理称为“如无必要,勿增实体”,即“简单有效原理”。

奥卡姆剃刀不是一个理论,而只是一个原理。这个原理的目的是为了精简抽象实体。它不能被证明也不能被证伪,因为它只是一个规范性的思考原则,一种思考问题的方法,一种科学的意识形态。剃刀,形象地说明去掉不必要(不可证明或证伪)的部分。

 

提出奥卡姆剃刀的历史背景

公元 14 世纪,英国萨里的奥卡姆(William of Ockham)对当时无休无止的关于“共相”、“本质”之类的争吵感到厌倦,于是著书立说,宣传只承认确实存在的东西,认为那些空洞无物的普遍性要领都是无用的累赘,应当被无情地“剃除”。他所主张的“思维经济原则”,概括起来就是“如无必要,勿增实体。”因为他叫奥卡姆,人们为了纪念他就把这句话称为“奥卡姆剃刀”。

这把剃刀出鞘后,剃秃了几百年间争论不休的经院哲学和基督神学,使科学、哲学从宗教中彻底分离出来,引发了始于欧洲的文艺复兴和宗教改革,科学革命,最终使宗教世俗化,形成宗教哲学,完成世界性政教分离,成果表明无神论更为现实。同时,这把剃刀曾经使很多人感到威胁,也被认为是异端邪说,奥卡姆本人也受到伤害。然而,这并未损害这把刀的锋利,相反,经过数百年越来越快,并早已超越了本来狭窄的领域而具有广泛的、丰富的、深刻的意义。

 

奥卡姆剃刀是一种科学的意识形态

对于科学家,奥卡姆剃刀原理还有一种更为常见的表述形式:当你有两个或多个处于竞争地位的理论假设能得出同样的结论,那么简单或可证伪的那个更好。这一表述也有一种更为常见的强形式:如果你有两个或多个假设,它们都能解释观测到的事实,那么你应该使用简单或可证伪的那个,直到发现更多的证据。对于现象最简单的解释往往比较复杂的解释更正确。如果你有两个或多个类似的解决方案,选择最简单的。需要最少假设的解释最有可能是正确的(或者以这种自我肯定的形式出现:让事情保持简单!)。

注意这个原理是如何在上述形式中被加强的。严格的说,它们应该被称为吝啬定律(Law of parsimony),或者称为朴素原则。最开始的时候我们使用奥卡姆剃刀区分能够做出相似结论的理论假设。我们试图选择做出不同结论的理论假设。这不是奥卡 姆剃刀的本意。我们不用检验这些结论吗?显然最终不是这样,除非我们处于理论的早期阶段,并且还没有为实验做好准备。我们只是为理论的发展寻求一种指导。

许多科学家接受或者(独立的)提出了奥卡姆剃刀原理,例如莱布尼兹的“不可观测事物的同一性原理”和牛顿提出的一个原则:如果某一原因既真又足以解释自然事物的特性,则我们不应当接受比这更多的原因。奥卡姆剃刀以结果为导向,始终追寻高效简洁的方法,600多年来,这一原理在科学上得到了广泛的应用,从牛顿的万有引力到爱因斯坦的相对论,奥卡姆剃刀已经成为重要的科学思维理念。

 

奥卡姆剃刀到底是个怎样的法则?

以下这段文字能够更好的帮助我们理解奥卡姆剃刀原则,原文链接:http://songshuhui.net/archives/85213

常访问科学网站的同学们可能都比较熟悉剃刀原则,这个原则经常会用来驳斥一些玄学和伪科学的言论。

但是这个原则本身却经常被人误解。最重要的是,剃刀原则从来没有说简单的理论就是正确的理论。 实际上,没有任何一种科哲原则认为简单即正确,最多也只有几个物理学家认为优美的数学公式更可能符合物理事实——而也没有充足的证据表明他们是对的。

那么剃刀原则说的究竟是什么呢?

虽然奥卡姆的威廉肯定不是总结出这个原则的第一人,但是通常的表述——“如无必要,毋增实体”一般都归在他头上。在现代科学的语境下,我们说到狭义的剃刀原则时,一般是这样的:“当两个假说具有完全相同的解释力和预测力时,我们以那个较为简单的假说作为讨论依据。”(有一些科学哲学家对此进行过扩充,不过我们不讨论扩充的版本。)

注意,这两个假说必须在实证上完全等同,剃刀兄才能出马,而这个前提实际上要求很高,绝大部分科学内部的争论都不满足的。

剃刀原理最常被误用的案例之一,是日心说和地心说之争。相当一部分涉及科学史的文章都很随意地说,日心说不需要本轮均轮,比地心说简单,所以是对的。

但是,日心说和地心说的解释力根本不一样啊!

托勒密不是地心说的发明者,而是地心体系的集大成者,他的理论虽然繁琐,但预测精度很高,实际上比哥白尼书中描述的那个日心理论要更精确……但是托勒密体系也有好几个问题,其中最明显的是月亮轨道:他的体系可以很漂亮地解释月相,但付出的代价是要求月地距离必须有很大的变化,最远时是最近时的两倍——也即一个月内,月亮最大时直径要是最小的两倍!显然这完全不符合我们的实际观察。托勒密当然意识到了这个问题,但他坦承自己也没办法。

反过来,日心说的处境也好不到哪去。哥白尼的著作出版后,同时代的天文学家很快提出了很多质疑:地球如果在运动,那么上面的人为啥不会飞出去?自转为啥不会把地球外表面的东西甩飞、让它四分五裂?如果地球在动,那为什么一年四季看到的星座形状距离都一样?另外,日心说在伽利略的手里发扬光大了,但也留下一个问题:按照伽利略的计算,每天应该只有一次潮汐,可大家都知道是两次。

由此可见,日心和地心的关键不是谁更简单,而是谁的错误更不严重、更容易弥补。随后的几百年里,我们有了牛顿定律,有了引力理论,有了先进的望远镜可以观测到视差,还发现伽利略的计算是错的。日心说的漏洞全都补上了,而地心说却始终原地踏步,因此到了十九世纪中叶,几乎没有学者还在坚持地心说,就连天主教廷也在1821年给哥白尼学说的书籍解禁了。全过程都没有劳烦剃刀原则出马。

实际上,科学界里几乎所有的公开争论,水猿vs.陆猿,板块运动vs.不动,爱因斯坦体系vs.牛顿体系,甚至以太vs.没有以太,对阵双方假说的预测力和解释力都是不一样的。我印象中不记得见过任何一个科学争论是纯靠奥卡姆剃刀来解决的。我的猜测是,由于科研工作者的职业锻炼,如果遇上了一个不可证伪、因而“无必要”的假说,他们能很快地识别出来并自行解决之,而不会拿到台面上争论。

那奥卡姆剃刀能干什么呢?通常它是用来解决科学vs.非科学的争端的。

比方说,我认为有一个神点燃了宇宙最初的种子,但是从大爆炸那一瞬间起,它就甩手不干了,不做任何形式的干预和观察。

这样一个神就是典型的刀下亡魂。一个神创造了最初的宇宙然后撒手不管,和这个宇宙自己产生的,对于我们而言有任何可观测的区别吗?没有。既然如此,那么如果我们要做理性讨论,就应该”毋增实体“——忽略这个神。

这个神是否一定不存在呢?也许它是存在的。但同样道理,也许它是由它之上的另一个神创造的,也许我们的宇宙只是它的梦境或者它编的电脑游戏,也许实际上是几十上百个神通力完成的,也许整个宇宙都是我一个人的想象,这样的假说可以无穷无尽地列下去。哪个是真的?不知道,因为我们观测不到任何区别,没有任何一个假说是可证伪的。这么多假说对我们讨论问题有什么帮助?丝毫没有,而且还会引发混乱。如果我们想理性地讨论一个问题,我们不能连大前提都不一致,所以祭出奥卡姆剃刀,忽略这样一个神或者几十个神。

在这个例子里,我们使用的是一代剃刀:这个神完全是“不可证伪”的,没有任何实验方法能否认他的存在,因此他完全是一个“无必要”的实体,因此就不考虑他。

但除此之外还有第二种可能。这个神确确实实做了一些能影响人类的事情,理论上一定存在方式来检验,但是,由于种种原因,还没有人真的去做这样的检验。

这时候我们动用二代剃刀就要小心一点儿了,因为我们的目标现在是一个合格的、具有可证伪性的真正的假说,首选的手段当然是用对应的实验去验证它,没法做这个实验的时候才能勉强出动剃刀;而此时剃刀的锋利程度就和假说的“可证伪性”成反比了。如果一个假说用一个很简单的实验就能证明或证伪,那就不应该使用剃刀;如果一个假说要证明或证伪的难度非常之大,那剃刀还可以用用;如果证伪的难度如此之大以至于根本不可能,那么恭喜,我们又化归到了第一种情况,可以自由使用剃刀了。

 

奥卡姆剃刀这种简化的思维方式,在现代社会越发彰显价值。我们大部分人都不是搞科学研究的,但是我们还是可以采用这种简化的思维方式来管理我们的日常工作和生活。简化,是为了将自己的时间和精力专注在真正重要的事情上。

本文链接:http://www.maixj.net/misc/aokamu-tidao-16603
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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《什么是奥卡姆剃刀?》有1条评论

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  • 麦新杰

    奥卡姆剃刀原则在机器学习领域的应用在于选择简单的归纳偏好,但是简单如何定义,要另外考虑。 [ ]


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