相变与型变

时间:2023-11-20 04:09:01

维多利亚·施托登(Victoria Stodden):

计算法律学者、哥伦比亚大学统计系助理教授。

相变与型变

物理学家创造了“相变”这个词,用来形容物理形态变化的状态,比如:由液体变成气体。这一概念已经被很多学术圈用来描述其他种类的过渡,从社会学(从狩猎到农耕)到统计学(将算法的陡变作为参数变化),但它尚未成为日常词汇的一部分。

相变非常有趣的一点是,它描述了由一种状态转变为另一种看似不相关的状态,所以提供了一种挑战我们直觉的现象模型。大家都知道水是液体,谁能想象在加热后会变成气体呢?物理环境中的相变有非常精确的数学定义,即使没有这种精确性,这个概念也可以有效地应用于更广的范围,尤其是规模突变和意外变化。

我们可以从两个维度进行想象——一张纸上有一些圆点。现在,增加一个维度——圆点在一个立方体里运动。即使我们能继续想象四个维度,我们是否能猜出所有这些点都位于点的凸包上呢?如果维度超过三个,那么它们总是会落在凸包上的。在数学意义上,是没有什么相变的,但是随着维度不断增加,系统会以我们意想不到的方式变化。

我将这种变化称为“型变”(scale transitions),规模增加带来的意外结果。例如,一个系统里互动的人数增加就会产生一些意料之外的结果:大规模市场的运行常常是和直觉相悖的。租房管制法律会限制保障性租赁住房的供应,而最低工资保障法会减少低工资的工作机会(詹姆斯·弗林赋予“市场”的“简化抽象概念”例证;在这里我感兴趣的是大型市场系统违反直觉的运行方式)。试想一下强化交流的偶然效应,如交流和人际沟通会产生出乎意料的新想法和创新点;大型计算竟然会降低科学数据和代码的再现能力;描述比分享更难。“型变”的概念没有明确的指向性,只是当我们的本能在大型情境中行不通时的一种理解框架。

这和社会学家罗伯特·金·默顿(Robert K.Merton)的“意外结果”概念形成了鲜明的对比:所谓型变,描述的是系统而不是个人的目的性行为,而且与规模增长带来的变化直接相关。我们的本能往往看起来会随着规模大小而分解和区分,但是我们需要将周围世界中违反直觉的变化进行概念化。数字时代的最大特征可能是在大规模数据存储、处理性能和联结性提供的便利下,能让我们处理各种规模的不同问题。随着技术越来越发达,我相信型变也会越来越普遍。