覀兡米咭活w沙粒,那麼還是有一堆;如果我們再拿走一顆沙粒,那麼還是一堆。如果我們就這樣一次拿走一顆沙粒,那麼當我們們取得只剩下一顆沙粒,那麼它還是一堆嗎?


堆指的難道不是形狀嗎,即使同樣是1000000顆沙粒,如果是平鋪在地面上的,就不能稱為一堆。


這就是經典集合論無法解決的「模糊性」的問題,需要用 模糊集合論 (創始人是UCBerkeley的 Zadeh)來解釋。

(若有興趣,可以參考:羅承忠著《模糊集引論》),下面我簡單地介紹一下。

經典集合論中,對於元素x和集合A,元素的隸屬度函數

[公式]

也就是說,元素 [公式]要麼屬於A(即 [公式] ),要麼不屬於A(即 [公式] )。

但是,在模糊集合論中,隸屬度函數

[公式]

也就是說,元素x可以以A(x)的程度屬於A,在這樣的定義下,A是一個模糊集。

(它有一套嚴謹的定義,更詳細的內容可以參考之前提到的書)

回到沙堆問題,在論域U, [公式] 代表特定數量m的沙子,A代表沙堆集合。

如果在經典集合論中, [公式] 要麼是沙堆,要麼不是沙堆,需要有一個明確的界限,m滿足怎樣條件時候(例如m&>1000),它就是沙堆( [公式] ),否則它就不是沙堆( [公式] ).

而在模糊集合論中,舉個例子,我可以定義,

[公式],

[公式]

[公式]

這樣,小於等於100粒沙子,我們認為它不是沙堆,100至1000時,我們認為一定程度上是沙堆,

而大於等於1000時,我們認為它就是沙堆,可以很好地解釋這個沙堆問題。

若干年前,學界里有一些人並不承認以模糊集合論為基礎的模糊數學,認為它是偽科學。但是,它在控制論等領域的效果,很大程度上超過了以經典集合論為基礎的控制方法,於是它也逐漸地被學界承認,在人工智慧等領域有很多應用。(儘管它一直挺小眾,似乎不溫不火的)

在很多時候,模糊數學、模糊性,是和人的認知是相契合的。

例如,若你有一捧沙子,問一個人,這是不是一堆沙子,他可能會回答:「可能是吧」;若你有更多的一大捧沙子,問一個人,這是不是一堆沙子,他可能會回答:「很可能是」;如你有一小把沙子,問一個人,這是不是一堆沙子,他可能會回答:「應該不是吧」。

從他的回答中,我們可以看出來他對一堆沙子是有概念的,但是很多時候人們沒有辦法精準地表達出來,而是只能給出一個大致的描述,這就是模糊性。


沙堆悖論的出現,是因為「堆」的表達方式是模糊的,沒有準確的邊界,使得概念模糊不清,缺少清晰的界限。


你掉頭髮嗎?別擔心,你永遠不會禿頭,邏輯上不可能。不相信?那請仔細看:假設你今天有滿頭頭髮,可是每一秒就掉一根,從什麼時候算起你將是禿頭呢?哪一根頭髮將是關鍵性的,在那之後你就算禿頭?任何一根都不是。誰要是滿頭的頭髮,那就是滿頭的頭髮,即使掉了一根,也不會改變這個事實。一根頭髮不能決定你是不是禿頭,這個規則可以一直適用下去,包括在第一根頭髮掉落後,與第二根頭髮掉落之前。所以你可以一直掉任意多根的頭髮,而且永遠都不會禿頭——就算你頭上一根頭髮也不剩也是一樣。你放心了嗎?大概不會。但是這個推論錯在哪裡呢?


古代哲學就已經提出了這種沙堆悖論(Sorites-Paradox:Sorites 是古希臘文,意思是「堆」),當時的問題是:幾粒沙子算是一堆?或者,我能從一堆沙里取走多少粒,讓那堆沙子不再算是一堆?


這種悖論之所以會出現,是因為「堆」與「禿頭」等表達方式是模糊的,沒有準確的邊界;如果我們可以設想出臨界的情況,讓這個概念彷彿可以適用又好像不可以,就構成模糊不清。模糊不清不只在哲學裡算是個大問題,在法律、醫學或運動領域裡,同樣都構成問題,事實上任何有流動的過渡狀態都成問題。什麼叫「過度」消費?什麼時候胚胎不再是胚胎,而是一個「人」?什麼行為算是「重大過失」?需要滿足什麼條件,一個人才算是「無判斷能力」?這全都是非常困難但至關重要的問題。所以模糊不清不只是哲學框框內的玻璃珠遊戲,而是真正的問題,在社會的各個領域中層出不窮。


沙堆悖論該如何解決?

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定義問題。

【堆】沒有描述式定義,只有列舉式定義。

即:我們不能嚴格地說【什麼什麼樣的沙子是沙堆】,只能說【這是沙堆,那是沙堆,那也是沙堆……】

列舉式定義沒有嚴格邊界,而沒有嚴格邊界的概念都會引發這種【慢增長越界式】悖論。


4粒沙子就能組成一堆。

三粒在下,一粒在上。


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