什么是模型
  TEZNKK3IfmPf 2024年04月19日 16 0

什么是模型?(The Model Thinker 1)

从今天开始我将详细解读Scott E. Page的《模型思考者》(The Model Thinker: What You Need to Know to Make Data Work for You)。我计划结合这本书、各种资料以及我自己的一些想法写26篇文章,并在这个过程中学习各种模型。这是第一篇,主要介绍一下模型。

我在之前的文章中讲过系统,你可以把模型理解为我们为了研究真实世界的某个问题,在逻辑世界中构建的一个抽象系统。这个抽象系统是真实世界里复杂系统的简化。

模型的三个共同特征

第一,它们都要简化,剥离不必要的细节。

取其精华,去其糟粕。抽象掉若干现实世界中的因素,或者需要从头重新创造。

第二,它们都是形式化的,要给出精确的定义。

模型通常要使用数学公式,而不只是文字。通过简化和精确化,模型可以创造易于处理的空间,我们可以在这些空间上进行逻辑推理、提出假说、设计解决方案和拟合数据。模型创建了我们能够以符合逻辑的方式进行思考的结构。

第三,所有模型都是错误的。

所有模型无一例外,即使是牛顿提出的那些定律和法则,也只是在特定的条件下成立。所有模型都是错误的,还因为它们都是简化的,它们省略掉了很多细节。

“真理是多个谎言的交集。” 通过同时考虑多个模型,我们可以实现多个可能情况的交叉,从而克服单个模型因严格而导致的狭隘性。

模型的三种类型

构建模型的第一种方法是具身法(embodiment approach)。embodiment是”典型"的意思,这种方法的关键在于把实物的关键(或者说典型)特征、部分等抽离出来构建模型。生态沼泽模型、关于立法机构和交通系统的模型以及气候模型都是用这种方法构建的。

构建模型的第二种方法是类比法(analogy approach)。可以对现实进行类比与抽象。比如我们可以将流行歌曲的传播类比为传染病传播;又比如经济学家将相互竞争的公司视为不同的物种并在此基础上定义理论。用一个模型来表示不同的系统。

什么是模型

传染病模型 构建模型的第三种方法是另类现实法(alternative reality approach)。alternative的意思是“可供选择的”或者“可以替换的”,reality是“现实”连在一起就是“替换现实法”,也就是有意地不去刻画现实,而是把现实情况做一个替换。这类模型可以作为分析和计算的“演练场”,我们可以利用这类模型探索各种各样的可能性。这种方法使我们能够发现适用于物理世界和社会世界之外的一般结论。这类模型有助于我们更好地理解现实世界中各种约束条件的含义,比如:如果能够通过空气安全有效地传输能量,那么将会怎样?这类模型还允许我们进行现实世界中不可能的(思想)实验:如果我们能够加快大脑的进化,那么将会怎样?

模型的7大用途(REDCAPE)

推理: 识别条件并推断逻辑含义。

解释: 为经验现象提供(可检验的)解释。

设计: 选择制度、政策和规则的特征。

沟通: 将知识与理解联系起来。

行动: 指导政策选择和战略行动。

预测: 对未来和未知现象进行数值和分类预测。

探索: 分析探索可能性和假说。

R EDCAPE:推理reasoning

在构建模型时,我们要先确定最重要的行为人(行动者)、实体以及相关特征。然后,描述这些组成部分如何互动和聚合,我们能够推导出一些东西,并说明原因何在。揭示不可能性和可能性。利用模型进行推理,我们可以得到精确的,甚至是令人出乎意料的结果。我们可以发现自身直觉的制约性。比如社会学家斯科特·L·菲尔德(Scott L. Feld)用数学的图论建立了一个模型来研究社会关系,并由此推导出了一个出乎意料的结果:平均而言,你的朋友比你拥有更多的朋友,这就是著名的朋友悖论

什么是模型

模型为经验现象提供了清晰的逻辑解释。经济学模型解释的是价格变动和市场份额等现象;物理学模型可以解释坠落物体的轨迹和轨迹形状的变化;生物学模型可以解释物种的分布;流行病学模型解释了传染病传播的速度和模式;地球物理学模型能够解释地震的大小和分布。我在之前的文章用模型解释了悬链线的形状。

模型还可以通过提供框架来帮助设计,因为只有在适当的框架内我们才可以考虑不同选择的含义。工程师使用模型设计供应链;计算机科学家使用模型设计Web协议;社会学家使用模型设计制度。我在之前的文章讲过火箭科学家通过模型设计多级火箭:

由于创造了一种共同的表示方法,模型能够有效地改进交流。模型要求对相关特征及其关系给出正式的定义,这使我们能够精确地进行交流。有了特定的模型,我们可以将具体的含义无误地传达给其他人。

REDC A PE:行动action

弗朗西斯·培根曾经这样写道:“人生的伟大目标,不在于知,而在于行。”良好的行动需要良好的模型。政府、企业和非营利组织都要使用模型来指导行动。无论是提高价格(降低价格)、开设新的分支机构、兼并其他公司、提供全民医疗保健,还是资助某个课外计划,决策者都要依赖模型。在最重要的行动中,决策者要使用多个复杂的模型,模型与数据紧密相关。

比如2008年金融危机期间,美国财政部在关键时刻出手,购买了AIG公司(美国国际集团,American International Group)的资产,使得 AIG 没有倒闭,保住了它。美国政府行事的逻辑在哪呢?讲故事不如看模型。下面这张图是当时国际货币基金组织搞的一个模型,描写了各大金融机构之间的网络关系 ——

各个机构之间的连线代表他们的关联,连线越粗越越深,关联就越强。AIG处在这张关系网的一个中心位置。有好几个金融机构购买了AIG提供的资产保险,如果他们资产的价值下降,AIG会给他们兜底。金融危机过去之后,美国政府又卖掉了AIG的资产,一进一出从中还净挣230亿美元……可以说当初救援AIG是一个正确的决定。

REDCA P E:预测predict

模型可被用于预测。天气预报员、专家、顾问和许多国家中央银行行长,都在使用模型进行预测。气象学家用模型预测天气;地球物理家用模型预测地震;流行病学家则使用模型预测下个季节哪种流感病毒将会流行。现在,随着数据可得性的提高和精细度的改进,利用模型进行预测的做法变得更加常见了。

气象模型

REDCAP E:探索explore

最后,我们还会用模型来探索直觉。如果让所有城市公交系统都免费,会怎么样?如果让学生自由使用电子设备,会怎么样?如果所有人不用电一小时,又会怎么样?我们可以提出很多假说,而且所有这些假说都可以用模型进行探索。我们还可以利用模型来探索某些在现实世界中不会出现的情况。在这样的世界还会发生什么?暂且将现实世界的约束丢到一边,可以极大地激发我们的创造力。比如很多科幻小说促进思考并提出了不少新的思想,比如《三体》的黑暗森林法则:

“宇宙就是一座黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人,像幽灵般潜行于林间,轻轻拨开挡路的树枝,竭力不让脚步发出一点儿声音,连呼吸都必须小心翼翼:他必须小心,因为林中到处都有与他一样潜行的猎人,如果他发现了别的生命,能做的只有一件事:开枪消灭之。在这片森林中,他人就是地狱,就是永恒的威胁,任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭,这就是宇宙文明的图景,这就是对费米悖论的解释。一旦被发现,能生存下来的是只有一方,或者都不能生存。” 今天我们说了模型的特征、类型和用途,从下一篇文章开始,我将陆续介绍最常用和最重要的24个模型,敬请期待!

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