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据说,有一次费米在芝加哥大学的课堂上提出了一个古怪的问题:芝加哥市一共有多少位钢琴调音师?见学生们一片茫然,费米提示把这个问题“分解成一些便于操作的小问题,然后鼓起勇气作猜测和假设”. 芝加哥有多少居民?可靠的估算是300万;平均每个家庭有多少人?4人;多少家庭有钢琴?大概三分之一,那么全市大约就有25万架钢琴;一架钢琴隔多长时间需要调音?平均5年,那么芝加哥平均每年有5万架次的钢琴需要调音;每个调音师每天能为多少架钢琴调音?4架;假设他一年工作250天,那么他每年约为1000架钢琴调音. 由此,费米和学生们推测,芝加哥市大概有50位钢琴调音师. 看起来这个答案不太精确,因为调音师的实际数据有可能介于25位~100位之间. 然而,事后有人用电话号码簿加以验证,实际统计的结果与费米的猜测十分接近。
费米的意图是想说明,我们可以提出假设,然后估算出相当近似的答案. 它的原理是,在任何一组计算里,错误往往会相互抵消. 例如,有人会假设不是每3个,而是每6个家庭有1架钢琴,他同样也可能假设每架钢琴每2年半而不是5年必须调一次音. 由于错误的估计往往相互补偿,其计算结果将趋向于相对正确的数字. 用理论语言表述就是:费米估算的准确性取决于“平衡(均)律”的作用. “平衡(均)律”在自然界和我们的生活中无处不在. 对它的理解是:在猜测过程中的每一个小问题的关键点,你的推测假设都有可能过高或过低,但是如果这样的“点”多取几个,误差往往就会互相抵消。
费米估算法求出的是一种数量级上的准确。这种准确是由一些要素保证的,首先是模型的准确性,这是基础,无论是物理定律还是生活经验都要经受住检验;其次是变量估计的准确,这个很好理解,你对这个变量越不确定,答案就有可能越不靠谱;第三条很重要,是对第二条的补救,对一个变量组,每个变量都选择可能性最大的值,最后会在概率意义上得到很好的结果(通俗地说,有可能估计大也可能估计小了,但是最后抵消了,所以参数越多,稳定性越好)。
费米处理问题的方式是将复杂、困难的问题分解成小的、可以解决的部分,从而以最直接的方法迅速解决问题. 这种思维方式非常实用,可以帮助我们解决很多日常甚至重要的问题. 在上个世纪40年代的一个早晨,世界第一颗试验原子弹在美国新墨西哥州沙漠上爆炸. 40秒钟后,震波传到费米和他的同事们驻扎的基地,费米把一些碎纸屑扔向空中让其随风飘落,然后通过迅速计算,费米向他的同事宣布爆炸的能量相当于1万吨烈性炸药,这与精确测量的结果极为接近。
在实际生活中,我们常常需要在信息不全的情况下做出判断决策. 要使我们的决定尽可能正确,最有效的策略就是“费米思维”。