统计点亮您智慧人生.ppt
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1、统计点亮您智慧人生,本讲座之前先播一段公益广告 本公益广告主要说的是统计建模,生理学实验告诉我们: 人不能不吃饭不睡觉 定量学的伟大先驱、文艺复兴时期德意志哲学家尼古拉说: “野兽不能数数,不能度量。” 这句赤裸裸的名言道破了一个真理:懂不懂统计是人们公认的人类与动物区别的主要标志。,因而: 人=吃饭+睡觉+统计 动物学的常识告诉我们: 猪=吃饭+睡觉 所以: 人=猪+统计 推论1:人不学统计约等于猪; 推论2:听完老纪的课,便化蛹为蝶,脱胎换骨,为了人生更智慧 健全的人请学统计,Copyright by RUAN Jing,首都经济贸易大学 No. 6,由于学历、资历和阅历的限制,我们每个人
2、都是井底之蛙,只看见头顶的那片天。,学完统计之后,我们便把头顶那片天看作万里蓝天的一个样本,可以看到蓝天、白云、阳光 ,还有天使。,Copyright by RUAN Jing,首都经济贸易大学 No. 7,我们每个人对这个世界的认识都可能是片面的,都有可能是四个盲人中的一个。,学完统计之后,你便长出了八只雪亮的眼睛,让你整体地去观测这个精彩的世界。,一、什么是统计学,用一句话来概括: 统计学是关于收集和分析数据的科学和艺术。 不列颠百科全书,一、什么是统计学,多说几句话来解释: 统计学是研究数据的科学; 统计学是以归纳推理为研究方法的科学; 统计学的研究结论带有不确定性; 统计学的研究往往伴
3、随新思想的产生; 统计学具有广阔的应用领域; -统计学是一个学科群。,统计学具有广阔的应用领域 精算,农业,动物学,人类学,考古学,审计学,晶体学,人口统计学,牙医学,生态学,经济计量学,教育学,选举预测和策划,工程,流行病学,金融,水产渔业研究,遗传学,地理学,地质学,历史研究,人类遗传学,水文学,工业,法律,语言学,文学,劳动力计划,管理科学,市场营销学,医学诊断,气象学,军事科学,核材料安全管理,眼科学,制药学,物理学,政治学,心理学,心理物理学,质量控制,宗教研究,社会学,调查抽样,分类学,气象改善,博彩,二、统计学有什么用,二、统计学有什么用,任何科学都是研究客观规律的,毫无规律可循
4、,反复无常的现象不是科学研究的对象,规律可以在反复试验中重复。 太阳每天从东方升起; 一年四季春夏秋冬依序更替; 物体失去支撑就会坠落; 神州七号按照设计的轨迹运转; 宏观经济按照客观经济规律运行; 家庭生活按照各自的生活模式循环。 没有重复、千年一现的事物不是科学研究的对象。,人不能两次踏入同一条河,事物的每一次重复决不是前一次的克隆。 太阳每天从东方升起,但天安门广场上与太阳同时升起的五星红旗,其升旗时间每日不同; 一年四季春夏秋冬依序更替,但今年的春天分外明媚; 物体失去支撑就会坠落,但每一次的坠落会因风向、重力等因素略有不同; 神州七号按照设计的轨迹运转,但每次经过国土的时间却略有误差
5、; 宏观经济按照客观经济规律运行,但今年受金融危机影响,波动偏大; 家庭生活按照各自的生活模式循环,但年复一年,我们的生活逐渐发生变化。 千年不变的事物也不是科学研究的对象。,二、统计学有什么用,科学就是要在事物的变化中研究其发展变化规律; 统计学就是在随机性中寻求确定性的思想、方法和工具。,二、统计学有什么用,三、统计改变了我们的世界,先看看 统计学描述的世界长的什么样,统计学的指标解释,10的乘方 从微观到宏观,这是高速发展,每次都以10倍的速度跳跃。,接下来让我们先回到我们的起点,以比较快的速度,先从我们的起点往上走,再朝一个相反的方向,以10的乘方减少我们的发展速度,直至一个神奇的微观
6、世界。,花园里,从1米的距离看一束树叶,100 1 m,将我们的视线向上移,我们看到的是一片植物.,101 10 m,在这个距离,我们看到了树林的边界以及给我们的教诲,102 100 m,现在我们将从米进入到千米 现在有可能需要降落伞了.,103 1 km,我们由此可以看到整个城市的面貌,但是我们确实已经看不清每栋房子了,104 10 km,从这个高度,可以看到美国佛罗里达州,105 100 km,这是典型的从人造卫星的视野,106 1.000 km,北半球,和南美洲的部分,107 10.000 km,此刻,地球看起来很小了.,108 100.000 km,地球和月亮的运行轨道,是白色的,10
7、9 1 百万 km,地球轨道的一部分,是蓝色的,1010 1千万 km,1011 100 百万 km,金星和地球的轨道.,水星、金星、地球和木星的轨道,1012 1 0 亿 km,从这个高度,我们能看到太阳系和行星运行的轨道,1013 100亿 km,1014 1000 亿 km,太阳系看起来变得有点小了.,此刻,太阳看起来就是众多恒星中的一颗.,1015 1 万亿 km,从1光年的距离看,太阳看起来很小了,1016 1 光年,在这个无穷大的宇宙里,我们什么也看不到,1017 10 光年,“什么也没有” 看到的仅剩下恒星和星云.,1018 100 光年,1019 1,000 光年,从这个距离,
8、我们开始在银河和银河系发展了.,我们继续在银行系中遨游.,1020 10,000 光年,我们开始接触银河系的外围了,1021 100,000 光年,从这个遥远的距离,我们不仅能看到银行系,还能看到其他的星系了.,1022 1 百万 光年,从这个距离看,所有的星系看起来都变得很小,星系之间相距遥远. 同样的法则统治着宇宙的每一个组成部分. 我们能继续随着我们的想象往远处走,但是,现在我们还是快点回家去吧。,1023 1千万 光年,1022,1021,1020,1019,1018,1017,1016,1015,1014,1013,1012,1011,1010,109,108,107,106,105
9、,104,有一个问题跳进我们的大脑. 我们是谁?我们将去什么地方?我们从何而来?,103,或者.在宇宙中,我们代表什么?,102,这次发展中,“往上走”把我们带到了10的23次方的距离。,101,现在,我们转向另一个方向,去挖掘事物的内部.,现在我们回到了本次发展的起点,这个距离我们能用我们的手臂够到.,100,逐渐靠近直到10cm的距离,我们能描绘树叶的样子了.,10-1 10 cm,从这个距离,我们能观察到树叶的结构.,10-2 1 cm,细胞组织开始得以展现.,10-3 1 mm,此时,细胞得以清晰的展现. 你可以看到细胞之间是怎样结合起来的.,10-4 100 微米,我们的发展将进入到
10、细胞内部.,10-5 10 微米,可以看到细胞的核子.,10-6 1 微米,我们再次更改我们的测量单位来观察更微小的事物。 现在你可以看到细胞的染色体了。,10-7 1.000 埃(一亿分之一厘米),在这个微观世界里,可以看到细胞DNA链.,10-8 100埃(一亿分之一厘米),.可以开始研究染色体块了.,10-9 10埃(一亿分之一厘米),这看起来像是电子的云从,这些是形成我们世界的碳原子. 你会发现微观世界的景观和宏观世界的景观是如此相似.,10-10 1埃(一亿分之一厘米),在这个迷你世界里,我们能观察到电子围绕原子运行,10-11 10 皮可米 (百亿分之一米),核子和电子运行轨道之间
11、是一个无限的空阔的世界.,10-12 1皮可米(百亿分之一米),从这个难以置信的微观世界里,我们可以观察到原子核.,10-13 100 飞米,1飞米1000 皮米,现在我们可以观察到碳原子核,10-14 10 飞米,现在我们进入科学想象的领域,与质子面对面了.,10-15 1 飞米,仔细研究一下夸克粒子 现在我们没办法再走近了. 我们已经处于目前的科学能到达的边界了. 这是事物的边界了.,10-16 100 Atmeters,请您猜想: 上述景象是宇宙恒定不变的定律, 还是统计规律?,三、统计改变了我们的世界,我们人类是孤独的。 从时序数据来看,我们发源于上一个冰川期之后,结束于地球消失之前。
12、时间虽然漫长,但却有限或收敛。 从截面数据来看,我们是茫茫宇宙的孤儿。因为,至今尚未发现外星文明。我们仅依靠地球为我们提供水、食物等生存所需条件。 从面板数据来看,我们只是时空中的一个点,三、统计改变了我们的世界,为了解决生命的寂寞、穷困、艰险和短暂,人类开始探究自然和自身,寻求真理和秩序,建立可以帮助我们获取有关生存环境奥妙的知识体系和结构模型,而我们的辉煌成就之一就是统计学。 探索未知,探索未来,是统计学的两大用处。所以就目前的科学手段来看,寻求科学发展之路,统计是最有利的工具。,三、统计改变了我们的世界,如果我们生活的世界是确定的,数学便是上帝的宠儿,统计学则是人类的智慧。 爱因斯坦有句
13、名言:你相信掷骰子的上帝,我却信仰客观存在的世界中完备的定律和秩序.他和牛顿确定的自然法则,描绘了一个确定性的世界。随机性或偶然性只是确定性世界的表象,概率和统计只是人类“无知”的代名词。 统计规律可逼近描述这个确定性世界的各种客观规律。,三、统计改变了我们的世界,如果我们所生活的世界是随机的,统计学便是上帝之手,数学则是统计学的极限. 19世纪,拉普拉斯写了一本历史性的权威著作,论述如何根据地球上少数观察数据来计算行星和彗星的未来位置。 拿破仑问道:“拉普拉斯先生,我发现你的论述中没有提到上帝啊。” 拉普拉斯回答:“我不需要这个假设条件。” 但拉普拉斯需要一种被他称之为误差函数的东西。 从量
14、子力学到耗散结构证明了我们生活的世界是概率世界。,三、统计改变了我们的世界,科学家从理论上和实践上都充分证实了因果决定论对描述客观现象的不适应性和不可归结性。布朗运动、混沌动力学、量子力学、耗散结构都证明了:伴随统计学的产生和发展,经典决定论已逐渐向统计决定论转移。 但统计决定论只给出了现象之间的显象规律性,其内在的因果联系不仅依靠于统计推断。 常识告诉我们,从摇篮到墓地,时间不会倒退。但爱因斯坦却说“时间是一种错觉,因为宇宙是确定的”。统计革命告诉我们:从宇宙学到分子生物学,都存在着不稳定性和涨落,时间可逆过程在现实世界中是罕见的。,四、统计改变了我们的思想,人的眼睛是一个构造精美、有独特功
15、能的复杂系统,其系统中有很多未知领域。如果按生物学、医学等学科构造一个相同的组织,只能造出一个肉丸子。由于复杂系统其元素数目太多,必然使元素间的耦合“失去”个性,但能够用统计方法去研究,成为一种简单的系统。 谁能证明本教授从没有骂过人-科学研究的一种途径 最大的无序对应着最大的信息量,所以领导讲话永远正确,四、统计改变了我们的思想,1.文学家王蒙先生的统计悟性 有一天,王蒙先生在北戴河海滨遇到一个骗人的游戏,一个经营游戏者放四种颜色的玻璃球在口袋里,每种颜色的球都是五个,然后,让人从口袋里摸出十个球,并规定了不同出球的比例下的不同的奖惩办法,王蒙先生发现,十有八九摸出来的都是小概率事件,玩者被
16、罚款五元。回家后,王蒙先生用扑克牌或麻将做过试验,同样是十之八九为小概率事件。王蒙先生认为,命运是数学的公式和规律,数学就是上帝,就是主总想得到好运不是完全不可能,只是机会极少,概率极低。所以,我们可以少一点怨天尤人,少一点愤愤不平。,五、统计改变了我们的生活,王蒙先生虽然不是统计学家,但从中可以看出其深刻的思想内涵和人生感悟。,确定性有0和1两个端点,即不可能事件或确定性事件。大多数人的命运概率都介于0和1之间,两个端点的事件几乎不可能发生,而接近两个端点的小概率事件发生的可能性很小。 “飞黄腾达命运发生概率等于1”不是不可能的;“倒霉到家命运发生概率等于0”也有可能,只是概率不大。科学发展
17、观就是:每个人都想到1,每个人都不想为0,但是大部分人接近于1,大部分人远离于0即可。 你的命运怎么样?看看他们吧,如果你感觉自己足够辉煌,比得上他老人家吗?,你死扛时,看看他的背影,如果你觉得的自我童年很好,比她呢?,如果你认为自己生活很苦,比他呢?,林世荣与他的黄金厕所,如果你认为自己很奢侈,比他呢?,这种感觉你能懂吗?,如果你觉得自己的车速很快,比它呢?,如果你对自己的着装很知足,比她呢?,她们的性感也是为了生活!,如果你对你的工作很自足,有他刚刚找的工作好吗?,如果你觉得赚钱很容易,比她呢?,如果你认为自己很富有,比盖茨和巴菲特呢?,2.有了统计学,世上没有破译不了的密码 密码也有规律
18、,只是和正常的文字排列规律不同,没有规律的密码是鬼画符,不仅敌人看不懂,自己人也看不懂,起不到传输信息的作用,统计学可以寻找出密码中的规律,将其破译。 例如:最古老的密码是古老将军凯撒在公元前五世纪使用的置换密码,其规律是:每一个字母由它后面的第三个字母来代替,有时也由后面第k个字母来代替,如何确定k值,用的就是概率统计原理。,五、统计改变了我们的生活,英文字母出现频率,密文如下: wklvy hulil hvwkh rughu brxjd yhphd wwkhp hhwlq jlqpb rilif h 频率最大的字母是h,这样可求出k=3,于是相应的有明确意义的明文就是: This veri
19、fi order you gave meat the meeting in my office.,现代科学技术使密码编译的更加复杂,破译的难度更加的大。但在间谍口中有一句名言:世上没有破译不了的密码,只是时间问题,因为有了统计学。,3.曹雪芹懂概率统计么? 红楼梦第六十三回中宝玉过生日,晚上请来了林黛玉、史湘云、薛宝钗、李纨、探春、薛宝琴等在怡红院玩摇骰子抽签的游戏。大家围成一圈,按照摇出骰子的点数数到谁,谁就从签筒中抽出一签,按照签上要求或罚做诗、或罚喝酒。,五、统计改变了我们的生活,我们感兴趣的是摇四颗骰子出现的点数分布,设这四颗骰子均为没有做老千的骰子,经计算其分布律如下表所示:,从表中
20、看出:晴雯、宝钗等共摇了八次,竟然有六次结果是小于百分之五(0.05)的小概率事件。特别是晴雯和香菱分别摇出了概率为0.0031和0.0077的5点和6点。 这种小概率事件对于单独的一次来说,几乎不可能发生。对于总共只有八次的情况,出现的概率应该说是很小的。那么出现这种小概率事件应作何解释?曹雪芹在写到这一回时,事先确定了摇骰子的几位人物,并为他们设计了签子及诗句,以作为此人命运的写照和伏笔。我们可以推断曹雪芹写这回时是先确定了每一轮的人选后,再按照座次人物的顺序人为地确定摇出的点数。如果曹雪芹有一些概率分布的知识,他就会合理安排人物的顺序而给出合理的点数,即不使这样的小概率事件发生。,分析的
21、结论是:曹雪芹不懂得概率统计。因为曹雪芹时代,西方概率统计刚刚产生。 现在概率统计理论已十分发达和普及,现代作家会不会犯曹雪芹同样的错误呢?,4.超市销售额有规律吗? 1993年R.Agrawal等人发现,在超市里67%的顾客在购买啤酒的同时,也购买尿布。是顾客喝完啤酒以后用尿布吗? 显然不是。进一步调查发现,购买尿布的人百分之八十的人都是年轻的父亲,在购买尿布的同时,顺便为自己买些啤酒。商家发现了这样的规则,便在妇产医院及相关机构的超市里,把啤酒和尿布放在一个货架上,以方便年轻的父亲。结果,销售额大增。 这种用于商品货架设计,存货安排,根据购买模式对客户进行分类的方法,就是数据挖掘。,五、统
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