啥是合情推理?

文摘   2024-10-12 11:30   上海  

你可能听过“演绎推理”,这是推理的经典模式——从已知的规则推导出必然的结论,比如数学证明。但在现实生活中,事情没那么简单。我们面对的是不确定性,信息不全、事实模糊,这时我们用的不是演绎推理,而是合情推理

那么,啥是合情推理?它是一种基于现有证据、经验和概率的推理方式。换句话说,它不像演绎推理那样“铁口直断”,而是“合理猜测”。在很多情况下,合情推理比绝对确定性更有用。

关于合情推理的概念我也是最近在读《概率论沉思录》这本书时新接触的(这本书非常经典,但挺厚的,我还没读完),当然也不是完全陌生(后面举的例子大家就清楚了),但它让我意识到我们每天好像都在做合情推理。

合情推理和演绎推理的区别

演绎推理的特点是:只要前提成立,结论必然正确。举个简单的例子:

  • 前提1:所有猫都有尾巴。
  • 前提2:小黑是一只猫。
  • 结论:小黑有尾巴。

这就是典型的演绎推理,只要前提对,结论就不会错。但生活中,我们常常遇到信息不全的情况,比如我们并不清楚所有猫的具体特征,无法给出绝对确定的推断。

这时,合情推理派上用场了。它不会给你绝对的答案,但会基于现有的信息,做出一个“最可能”的猜测。比如:

  • 大多数猫有尾巴。
  • 小黑是一只猫。
  • 结论:小黑很可能有尾巴。

这个结论不能保证百分百正确,但它是合理的,是根据我们已有的常识和经验推导出来的。在现实生活中,大部分推理都是这种基于不确定性的合情推理

合情推理的常见应用

医学诊断。医生经常面对这样的局面——病人的症状不完全符合某种疾病的典型表现,这时候他们需要根据病史和经验,做出合理的猜测并制定治疗方案。这种推断本质上就是合情推理

日常决策。我们每次购物、选择旅游目的地,甚至决定什么时候去健身,都在使用合情推理。你不可能知道所有变量,但你根据经验做出了“最合理”的决定。

机器学习与AI。人工智能系统通过海量数据做出决策,本质上就是合情推理的一种复杂应用。比如推荐系统会根据你之前的行为模式,预测你接下来可能喜欢的内容或商品。

贝叶斯推理:合情推理的数学基础

合情推理虽然听起来有点“模糊”,但它在数学上有坚实的基础——贝叶斯推理。贝叶斯推理可以说是合情推理的数学核心,它通过先验概率(已有的知识)和新证据,计算出后验概率,即事情的可能性。

举个例子:你早上看到街道湿了,可能会猜测“昨晚下雨了”。但也有可能是洒水车经过。贝叶斯推理可以通过结合天气预报、你所在城市的降雨概率、洒水车的运行规律,计算出哪种情况更可能。

贝叶斯定理的公式如下:

其中, 是假设(比如“昨晚下雨了”), 是证据(比如“街道湿了”)。通过这个公式,你可以根据证据来更新你的假设的可能性。

尽管合情推理不像演绎推理那样给出确定的结论,但它在生活中非常实用。现实中的信息往往是不完全的,合情推理为我们提供了一种在不确定环境下做出合理决策的方式。

简单说,合情推理就是一种生活智慧,在不确定的情况下给出“最合理”的判断。(作者:王海华)

对《概率论沉思录》这本书感兴趣的读者可以了解一下这本书,这里摘抄一下该书前言中对读者基础的要求: 

本书的读者应该:(1)熟悉应用数学,具有相关专业本科高年级及以上文化程度;(2)了解需要进行推断的某一学科,如物理学、化学、生物学、地质学、医学、经济学、社会学、工程学、运筹学等. 学习本书不需要事先熟悉概率论与统计学. 事实上,对这一领域知之甚少或许更理想,因为这样需要抛弃的固有观念会较少.

参考资料:埃德温·汤普森·杰恩斯著, 廖海仁译. 概率论沉思录. 北京: 人民邮电出版社, 2024年6月 (2024年7月重印). (图灵数学经典). ISBN 978-7-115-64336-0.

模型视角
一个资深数学建模爱好者的知识、视角和建模乐趣分享!主理人:王海华,数学建模教师,著有《模型,就是数学化的思维》《数学建模实战:手把手教你参加数学建模竞赛》,参编《数学建模:教学设计与案例》《高中STEM精品课程资源课例》等。
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