数学模型是精确的艺术品

怀特海认为,人的智力发展有三个阶段,循环往复,分别是:浪漫、精确、综合。

上海平和双语实验学校万玮校长说:理工思维让想得到的世界,精确为看得到的风景。

关于精确,他讲了两个数学模型。

2021年6月底,上海疾控中心宣布,上海完成疫苗全程接种人数达1683.6万人,18周岁以上人群新冠疫苗接种率达到了77.6%。这也宣告上海疫苗接种工作的一个阶段性成果。

为什么是77.6%?这个数字是怎么算出来的?这里面的数学模型很简单,用到的数学知识小学生就能理解。最主要的概念有两个:新冠病毒传播系数R0,也就是一个人被感染了,平均能够感染多少人,R0越大,说明病毒感染性越强;疫苗保护效率p,打了疫苗的人有多大比例实现免疫。假如说R0<1,那么,感染的人数会越来越少,这个病毒就不必担心。R0>1,这个病毒就有扩散的风险。

新冠病毒的R0大约是2.6,打疫苗的目的就是要保证2.6个人里面,至少有1.6个人是免疫的,不会被病毒感染。1.6/2.6=61.54%。理论上,只要人群中61.54%的人对病毒免疫,病毒就是可控的,不会大规模扩散。那么,为什么接种疫苗的比例不是61.54%呢?

那是因为疫苗保护效率p不是1。当时的国产新冠疫苗,其保护效率p=79.34%。用61.54%除以79.34%,便得到了77.6%。

再举另一个很有名的例子,叫马尔可夫模型。

通常一个课堂里,不是所有的学生都全神贯注听讲,总有一些学生因为各种原因开小差。有人可能一直开小差,有人可能偶尔开一次小差,但总体上,开小差的学生总数会维持在一个恒定的数值。

先做一个假设,今天认真听讲的学生,明天依旧认真听讲的概率是90%,10%会开小差;今天开小差的学生,明天依然开小差的概率是70%,30%会认真听讲。假如第一天50个人认真听讲,50个人开小差。那么,到了第二天,50个认真听讲的学生中,45个继续认真听讲,5个开小差;50个开小差的同学35个继续开小差,15个认真听讲。

于是,第二天认真听讲的60人,开小差的40人。这样演算下去,第三天认真听讲的是66人,开小差的是34人……一直到最后,认真听讲的75人,开小差的25人。到此,人数就保持稳定,不再变化。

是不是挺绕?但数学家对数学模型痴迷不已,在他们看来,世界上的一切,其实都是一个个模型。

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