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随机游走(Random Walk)是《随机过程》教科书中的一种基本随机过程。假设一个质点(醉汉)在数轴的整数点上做随机运动(图1),以X(n)表示质点在第n步时的位置,根据随机游走定义,X(n)的方差为
D[X(n)]=n
美籍匈牙利数学家波利亚(George Polya)在1921年证明了著名的随机游走定理:随机游走具有常返性,也就是说,从原点出发的质点最终一定会返回原点。日本著名数学家角谷静夫将随机游走定理形象地表述为:喝醉的酒鬼总能找到回家的路(A drunk man will eventually find his way home)。
假设随机游走的质点(醉汉)在第n步时返回原点,此时X(n)=0,我们可直接计算出X[n]的方差
D[X(n)]=D[0]=0
显然,从随机游走定理得出的方差D[X(n)]=0与随机游走定义给出的方差D[X(n)]=n自相矛盾。表明随机游走理论中包含逻辑悖论,随机游走定理不能成立。
图1 随机游走定理与随机游走定义自相矛盾
原因分析:
根据随机过程定义,质点在第n步时的位置X(n)是样本函数,但是,随机游走定义和随机游走定理却违反同一律逻辑要求,将X(n)当作随机变量,从而产生了“混淆概念”的逻辑错误,导致出现了上述自相矛盾的逻辑悖论。
数学史上的三次重大数学危机均由逻辑悖论的发现而引起,消除逻辑悖论也导致了数学史上的三次重大数学突破。“毕达哥拉斯悖论”促成了公理几何与逻辑的诞生,“贝克莱悖论”促成了分析基础理论的完善与集合论的创立,“罗素悖论”则导致了数理逻辑与一批现代数学的产生,逻辑悖论是推动数学理论取得创新发展的强大内在动力。
参考:
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GMT+8, 2024-11-25 19:23
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