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概率存在于心智之中

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在上一篇文章中,我探讨了「心智投射谬误」,并举了一个例子:外星怪物掠走了一个穿着破烂裙子的女孩意图蹂躏——我把这个错误设定归咎于艺术家们的一种倾向,即他们误以为女人的性感是女人自身的一种物理属性(Woman.sexiness),而不是某种仅仅存在于观察者心智中的评价;而在一个外星人的心智中,这种评价大概率是根本不存在的。

「心智投射谬误」这个术语是由已故的伟大贝叶斯大师 E. T. 杰恩斯(E. T. Jaynes)首创的,这是他与那帮该死的频率学派(frequentists)漫长而艰苦的战斗的一部分。杰恩斯认为,概率存在于心智之中,而不是环境之中——概率表达的是无知,是一种掌握了不完全信息的状态;如果我对某种现象一无所知,这仅仅是关于我心智状态的一个事实,而不是关于该现象本身的一个事实。

我无法用寥寥数语就完全公正地重现这场古老的战争——但这场争论的经典例子是这样的:

你有一枚硬币。

这枚硬币是被动过手脚、重心有偏的(biased)。

你不知道它偏向哪一面,也不知道它偏了多少。有人只是对你说了一句:「这枚硬币是被动过手脚的」,仅此而已。

这就是你所拥有的全部信息,也是你唯一的参考。你拿出硬币,把它抛向空中,然后「啪」地一声拍在桌上。

现在——在你移开手查看结果之前——你愿意说:你给硬币正面朝上分配了 0.5 的概率吗?

频率学派会说:「不。说『概率是 0.5』,意味着硬币具有一种内在的物理倾向,使得它出现正面的次数和反面的次数一样多;以至于如果我们把这枚硬币抛无限次,正面与反面的比例将无限趋近于 1:1。但我们已经知道这枚硬币是被动过手脚的,所以它出现正面的概率可以是除了 0.5 之外的任何值。」

贝叶斯学派则会说:「不确定性存在于认知地图上,而不是客观疆域中。在真实世界里,硬币要么是正面朝上,要么是反面朝上。任何关于『概率』的谈论,都必须是指代我所掌握的关于这枚硬币的信息——也就是我那部分无知、部分了解的状态——而不仅仅是在说这枚硬币本身。此外,我手里有一大堆数学定理可以证明,如果我不以某种特定的方式来对待我不完全的知识,我就肯定会做出极其愚蠢的打赌。如果我必须为此做出规划,我只能针对 50/50 的不确定状态来规划;在我的脑海中,我绝不会给基于正面的预期结果赋予比反面更高的权重。你可以随便怎么称呼这个 50/50 的数字,但为了不干蠢事,它必须服从概率论的法则。所以我毫不犹豫地把我对结果分配的权重称为『概率』。」

我站在贝叶斯学派这边。你可能早就察觉到我这一点了。

实际上,哪怕是在抛一枚完全公平的硬币之前,认为它天生就具有 50\% 出现正面的物理概率,这种想法可能也完全是错的。也许你拿硬币的手法、你抛硬币时的力度,以及你周围的气流,就已经在物理上几乎注定了它落地时绝对会是正面,或者反面。但是,既然在这一次抛掷中,你并不知道硬币的具体物理轨迹会偏向哪边,那这(物理上已经决定)又有什么关系呢?

我记得曾有一场官司,有人控告当时的征兵抽签是不公平的,因为装有名字的纸条没有被充分搅匀;而法官的反问一语中的:「对谁不公平?」

为了让抛硬币实验变得「可重复」(正如频率学派习惯要求的那样),我们可以造一台自动抛硬币机,并验证它跑出来的结果确实是 50\% 正面和 50\% 反面。但是,如果旁边站着一个拥有超敏锐视觉、且精通物理学的机器人,它光是看着自动抛硬币机准备抛掷的动作,就能提前预测出硬币的落点——虽然不是 100\% 确定,但能达到 90\% 的准确率。那你说,此时硬币的真正概率到底是多少?

根本就不存在什么「真正的概率」。机器人拥有某种状态的不完全信息。你拥有另一种截然不同的不完全信息状态。硬币本身并没有脑子,它不会给任何事情分配什么概率;它只是被抛到半空中,翻转几圈,撞开一些空气分子,最后要么正面朝上,要么反面朝上地落在那里。

这就是贝叶斯学派看待事物的方式。现在,我想指出几个经典的逻辑谜题(brainteasers);这些谜题之所以能把人的脑筋绕晕,正是利用了人们习惯把概率视为物体固有属性的思维倾向。

让我们看看那个古老的经典问题:你在街上遇到一位数学家,她碰巧提到自己生了两个孩子。你问:「你的孩子里至少有一个是男孩吗?」数学家说:「是的。」

那么,她有两个男孩的概率是多少?如果你假设生男生女的先验概率都是 1/2,那么在给定上述信息的情况下,她有两个男孩的概率是 1/3。生两个孩子的先验概率分布是:1/4 是双男,1/2 是一男一女,1/4 是双女。在这三种情况中,数学家回答「是的」的概率分别是:前两种情况约为 1,第三种情况约为 0。对剩余的概率空间进行重新归一化(renormalizing)后,我们得出:是两个男孩的概率为 1/3,是一男一女的概率为 2/3

但假设你当时问的是:「你的大孩子是男孩吗?」数学家回答「是的」。那么这位数学家有两个男孩的概率就会变成 1/2。既然老大已经是男孩了,那老二不管是男是女,概率都是一半一半。

同理,如果你当时问的是:「你的小孩子是男孩吗?」他们都是男孩的概率,依然是 1/2

现在问题来了:如果至少有一个孩子是男孩,那他要么是老大,要么是老小,必定是其中之一。那么,为什么第一种情况得出的概率(1/3),会跟后两种情况得出的概率(1/2)不一样呢?

我们再看一个非常类似的问题:假设我手里有四张牌:红桃 A、黑桃 A、红桃 2 和黑桃 2。我随机抽出两张牌捏在手里。你问我:「你手里至少有一张 A 吗?」我回答「是的」。那么,我手里捏着一对 A 的概率是多少?答案是 1/5。从四张牌里抽两张,总共有 6 种等概率的组合;而我刚才的回答,仅仅帮你排除了「我手里是一对 2」这一种可能性。在剩下的 5 种组合中,只有 1 种组合是一对 A。所以概率是 1/5

现在假设你当时问我的是:「你手里有黑桃 A 吗?」如果我回答「是的」,那么另一张牌是红桃 A 的概率就是 1/3。(因为你已经确切知道我手里有黑桃 A 了,那么另一张牌只能从剩下的 3 张里选,其中只有 1 张是红桃 A。)同理,如果你问我「你手里有红桃 A 吗?」,我回答「是的」,那我手里有一对 A 的概率依然是 1/3

那么问题又来了:如果当你问我「你手里至少有一张 A 吗?」我回答「是的」时,我有一对 A 的概率怎么就变成 1/5 了呢?正如你所知,我手里拿着的 A,在物理上必然要么是黑桃 A,要么是红桃 A;而无论它是哪一张,我拿着一对 A 的概率不都应该是 1/3 吗?

这到底是怎么回事?难道我在计算这些概率时,在某一步算错了吗?

如果你想自己把这事儿想明白,现在就停下来想想,因为我马上就要揭晓答案了……

答案是:上面列出的所有计算过程,全都是完全正确的。

至于这个悖论,它根本就不存在。悖论之所以显得像个悖论,其幻觉根源在于:你潜意识里认为概率必定是扑克牌本身的物理属性。没错,我手里捏着的那张 A,在物理上绝对只能是红桃或黑桃;但这绝不意味着你关于我手里底牌的信息状态,就必定等同于你确切知道我拿着红桃时的信息状态,或者确切知道我拿着黑桃时的信息状态。

借助贝叶斯定理可能会让你想得更清楚:

 P(H|E) = \frac{P(E|H)P(H)}{P(E)}

公式最后的那个分母 P(E),也就是除以你观察到该证据的总体概率,其作用正是帮你剔除掉所有已经被证据排除的错误可能性,并对剩下的可能性空间重新归一化。

现在让我们回头看:假设你问我「你手里至少有一张 A 吗?」在我回答之前,你预期我会回答「是的」的先验概率 P(E) 应该是 5/6

但如果你问的是「你手里有黑桃 A 吗?」,你预期我会回答「是的」的先验概率 P(E) 就只有 1/2

所以你立刻就能看出来,在这两种情况下,你学到(获取)的信息量是截然不同的。你要排除的错误可能性不同,你用来重新归一化的分母 P(E) 也不同。既然你获取了两种完全不同的证据信息,你最终落入两种截然不同的部分信息状态,又有什么好大惊小怪的呢?

同理,如果我问数学家「你的两个孩子中至少有一个是男孩吗?」,我预期听到「是的」的概率是 3/4;但如果我问「你的大孩子是男孩吗?」,我预期听到「是的」的概率只有 1/2。因此,根据我问的问题不同,我最终停留在不同的部分知识状态,这毫不奇怪。

人们之所以会觉得这里面有「悖论」,唯一的理由就是:他们把「出现两个男孩(或一对 A)的概率」当成了「那些至少包含一个男孩的家庭(或至少包含一张 A 的牌组)的固有物理属性」;或者当成了「那些碰巧包含了老大是男孩(或碰巧包含黑桃 A)的实体的固有物理属性」。如果是这样的话,那确实就见鬼了:为什么「包含至少一张 A」的牌组其内在的对子概率是 1/5,而「包含黑桃 A」的牌组其内在对子概率是 1/3,并且「包含红桃 A」的牌组其内在对子概率也是 1/3 呢?

同理,如果你认为 1/3 是「至少包含一个男孩的家庭」生出双男的固有属性;这显然与「老大是男孩的家庭」生出双男的固有概率1/2,以及「老小是男孩的家庭」生出双男的固有概率也为 1/2 是自相矛盾的。这就好比在说:「所有青苹果都重一磅,所有红苹果也都重一磅,但所有那些是青色或红色的苹果,却重半磅。」

当你开始把概率当成存在于事物内部的属性,而不是关于事物的不完全信息状态时,这种荒谬的矛盾就会找上门来。

概率表达的是不确定性,而只有拥有心智的主体才会感到不确定。一张空白的地图并不意味着存在一片空白的疆域。无知,仅仅存在于你的心智之中。


总目录:

《理性:从人工智能到僵尸》导读与目录

卷:

第四卷:纯粹的现实

章节:

还原论导论

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引用并非所指


Thoughts Memo 汉化组译制
感谢主要译者 gemini-3.1-pro,校对 Jarrett Ye
原文:Probability is in the Mind

专栏:理性 & 克服偏见


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