合情推理模式

数学与合情推理:从猜测到证明

一,中学数学技巧——猜测法

在中学数学中,我们有很多解题技巧,各种形式的对于题目的猜测,是技巧之一。

猜测的结果即使是对的(可被证明的),也不一定可用于该题目的推理,猜测的结果即使是错的,也不代表其中的思考过程能给我们启发

由于中学毕业已经快十年了,所以本章的举例可能比较生硬。

1,猜测法——找到具体的解

例1,在一个边长为1的正方形中任取一点,证明其到四个顶点的距离之和至少为2\sqrt2

猜测:2\sqrt2应该是能取到的,所以要分析一下怎么取到。

猜测:对角线交点可能是唯一能取到的。

比如光秃秃的正方形,这个图更容易让我们想到解法:三角形的两边之和大于第三边,所以取的点在对角线上是两边之和最短的情况,所以四边之和最短只能是对角线交点。

2,猜测法——寻找更优条件

在数学归纳法的应用技巧中,有一个进阶技巧是寻找更优(更严格)的条件。

例2,对于数列a_{n+1} =a_n^2 - 4a_n+4,a_1=3.14,证明a_n<=10恒成立。

数列题首先看看能不能求出通项公式,这题应该不能。

对于这题,再看看能不能用数学归纳法,然而a_n<=10并不能推出a_{n+1}<=10

所以我们需要更严格的条件。

首先我们寻找不动点,x=x^2-4x+4,解出x=1,4

所以我们猜测,每一项都在(1,4)的范围内,但是这还不对,x^2-4x+4在(1,4)的范围内的最小值是0,最大值是4,所以我们猜测,数列每一项都在(0,4)的范围内。

证明这个之后,自然就证明了a_n<=10

3,关于猜测法的分析

有些题目,如例1,所给的边界值是能取到的,有些题目,如例2,所给的边界值是不能取到的。

对于不能取到的情况,又需要根据猜测推理出更合理的边界(可能并不唯一,合理即可)。

这其中的种种推理,既包含了知识和经验,也包含了对出题者的揣摩。

在这其中,有这么一个思维模式:

我试了好几种方法试图推翻这个结论,结果都没有推翻,而这个结论看起来挺优美的(优美可能体现在规律、规整等),那它应该是对的吧

这样的一种推理模式,叫合情推理

这样的合情推理合理吗

二,对命题的合情推理

        有很多经典的数学猜想,比如3n+1猜想、哥德巴赫猜想,当我们按照自然数的顺序逐一检验,视图推翻它们,发现到了很大很大的数字仍然成立,于是我们越来越相信,它们可能是对的。

        对于哥德巴赫猜想,有了越来越接近的结果,直到1+2被证明是对的,我们更加相信,哥德巴赫猜想本身(1+1)也是对的。

        对于四色猜想,我们可以构造出一个地图,使得用四色完成是非常非常困难的,而当我们完成之后就会倾向于相信,四色猜想应该是真的吧?感兴趣的可以试下这几个例子:

         

 

 我的解法:

  

 

 做完这几个例子都感觉很神奇了,而有人构造出来的例子比这复杂无数倍。

        对命题的合情推理合理吗

三,对随机事件的合情推理

1,抛硬币问题

        数学告诉我们,即使一枚硬币抛了十次,十次都是正面朝上,下一次正面朝上的概率仍然是1/2

        但是如果我们在读(三声)博过程中,别人抛了十次都是正面朝上,我们会倾向于这个人掌握了某种手法。为什么我们不倾向于认为这是随机结果呢?因为1/1024的概率实在太低了。考虑贝叶斯条件概率的话,这个人掌握了某种手法的可能性似乎更高。

2,胜率估算问题

        有一个经典的概率问题,两个人打球pk了n (n>0)场,其中一个人赢了k场,0\leq k\leq n,假设每一局都是独立分布,推测他每局的获胜概率是多少。

        方法一:极大似然法

        假设他的胜率是p,f(p)=p^k(1-p)^{n-k},忽略常数。

        当p=k/n时取到最大值,所以我们推测p=k/n

        方法二:定积分法

        我们推测获胜概率是\frac{\int_0^1pf(p)dp}{\int_0^1f(p)dp}

        \because \int_0^1p^k(1-p)^{n-k}dp=\frac{k!(n-k)!}{(n+1)!}

        \therefore \frac{\int_0^1pf(p)dp}{\int_0^1f(p)dp}=\frac{k+1}{n+2}

比如2个人pk了2场,A都输了,方法一认为A的胜率是0,方法二认为是1/4

两种合情推理,哪种更合理

四,puzzle中的合情推理

        对于工具组装型的puzzle,如果我们试了很多种方式,总是差一两个工具,最终终于成功了,我们会倾向于相信,这些工具就是全都需要的,少一个都不行。

  

答案:

这样的猜测,合理吗

分布式微服务企业级系统是一个基于Spring、SpringMVC、MyBatis和Dubbo等技术的分布式敏捷开发系统架构。该系统采用微服务架构和模块化设计,提供整套公共微服务模块,包括集中权限管理(支持单点登录)、内容管理、支付中心、用户管理(支持第三方登录)、微信平台、存储系统、配置中心、日志分析、任务和通知等功能。系统支持服务治理、监控和追踪,确保高可用性和可扩展性,适用于中小型企业的J2EE企业级开发解决方案。 该系统使用Java作为主要编程语言,结合Spring框架实现依赖注入和事务管理,SpringMVC处理Web请求,MyBatis进行数据持久化操作,Dubbo实现分布式服务调用。架构模式包括微服务架构、分布式系统架构和模块化架构,设计模式应用了单例模式、工厂模式和观察者模式,以提高代码复用性和系统稳定性。 应用场景广泛,可用于企业信息化管理、电子商务平台、社交应用开发等领域,帮助开发者快速构建高效、安全的分布式系统。本资源包含完整的源码和详细论文,适合计算机科学或软件工程专业的毕业设计参考,提供实践案例和技术文档,助力学生和开发者深入理解微服务架构和分布式系统实现。 【版权说明】源码来源于网络,遵循原项目开源协议。付费内容为本人原创论文,包含技术分析和实现思路。仅供学习交流使用。
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