概率论的思想方法和历史(一)

p>从事可靠性工作的朋友们一定知道,可靠性离不开概率论。因为可靠性的定量计算就是用概率去描述的。笔者是因为读书时没认真学概率论,现在一涉及复杂的概率计算,分布等等就懵圈了。

概率论的思想方法和历史(一)

机缘偶得,最近找到一本书<概率论的思想方法的历史研究>觉得挺有趣,既能了解该学科的发展历史,又能复温下概率的相关知识点,在此与大家共享,望喜欢。

本篇我们先来了解下最为基本的排列组合的发展史吧。

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一、古代

历史上排列和组合问题出现得很早。中国古代《易经》中的八卦符号“—”、“–”和“-”的可重复排列,共有8种。

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公元1世纪古希腊史学家普鲁塔克(Plutarch)曾告诉我们,公元前3世纪的希腊哲学家克里西普(Chrysippus,约公元前280-前207)曾发现10个公理的不同排列数超过1000000,而公元前2世纪的希腊天文学家伊巴谷则错误地给出该排列数为101049或310925。

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二、中世纪

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中世纪意大利数学家博伊修斯(A.M.S.Boethius,408~524)曾给出n件物品中一次取2件的组合数公式,用我们今天的符号表示就是

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公元9世纪,印度史学家摩诃毗罗给出一次从n件物品中取r件的组合数的乘法法则。12世纪,婆什迦罗在他的《丽罗娃底》中给出一次从n件物品中取r件的排列(可重复或不重复)数和组合(不重复)数的算法,还给出总个数为n的m种物品(其中第i种物品的个数为ri)的排列数

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在犹太数学文献中,有关排列与组合的内容出现得很早。在不迟于公元8世纪写成的《创造之书》(Sefer Yetsirah,作者不详)中,作者给出了22个希伯莱字母的全排列,称“两个字母可构成两个单词,三个字母可构成6个单词,4个字母可构成24个单词,5个字母可构成120个单词,6个字母可构成720个单词,7个字母可构成5040个单词,依次计算下去……”

公元946年,多诺罗在注释《创造之书》时证明了n个字母的全排列数n!。

12世纪,犹太数学家伊本·艾斯拉研究过在已知行星中一次取两个、三个或更多个(会合)的组合数问题。艾斯拉知道,从7件中一次取2件的组合数与一次取5件的组合数相等,类似地,一次取3件和一次取4件的组合数、一次取6件和一次取1件的组合数也分别相等。他可能已经知道组合数一般公式和性质

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12世纪末、13世纪初,阿拉伯数学家伊本·穆尼从语言学里得出排列与组合的特殊公式(易于一般化)。13世纪末,阿拉伯数学家伊本·阿尔巴拿在《算术运算概论》及其自注中给出并证明了n个元素的全排列数,一次从n个元素中取r个的排列数和组合数的公式,其中有

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书中一般公式的论证和运用表明,在13世纪的伊斯兰世界,人们已将组合公式当作工具,用于算术、代数、几何或天文学中。

14世纪,法国犹太数学家本·吉尔森在写于1321年的《数之书》中深入研究了组合问题,给出并证明了n件物品的全排列数以及一次取出r件的排列和组合数。法国数学家奥雷姆给出从6件物品中一次取出1件、2件、3件、4件和5件的组合数之和,但奥雷姆在计算一般组合数时却出了错。

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三、文艺复兴

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文艺复兴时期的欧洲,许多数学著作中出现了组合问题和法则。如帕乔里(Luca Pacioli,1445~1509)的《算术、几何、比例和比例性集成》(1494)、卡尔达诺《探微》(1550)和《比例新论》(1570)、塔塔格里亚《数量通论》(1556)、布丢《算法》(1559)和巴克莱的《记忆算术》(1567)等。帕西沃里在其书中给出了如何求坐在一桌的任何多个人的全排列数。英国数学家巴克莱在其书中给出求n件物品一次取出r件的组合数的特例。卡尔达诺获得了公式

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而法国数学家布丢则不仅讨论了四骰子的组合问题,而且还研究了带有若干可转到圆柱的组合问题。

在同一时期,阿拉伯数学家柯多维罗在自己的著作中对排列组合也有论述,并应用了若干一般公式。

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四、十七世纪

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17世纪,组合研究达到了一个全新的水平。法国数学家德·贝西在《组合简法》、斯特罗德在《组合、选择、排列与量的合成》中都对该课题做了研究。在1634年出版的著作中,法国数学家埃里岗给出了组合数的一般公式

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帕斯卡在《论算术三角形》中将他的算术三角形应用于组合理论,其主要结果是:

(1)在底边有n个单元的算术三角形中,第r(1≤r≤n)行的所有单元之和为n件物品中取r件的组合数,此即

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(2)n件物品中一次取1个、2个、……、n件的组合数之和为

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(3)n件物品中一次取r件的组合数为算术三角形第n+1条底边上位于第r+1行的单元,即

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帕斯卡和英国数学家沃利斯最早使用了“组合(combination)”这一术语。

同一时期的法国数学家范·舒腾(F.Van Schooten,1615~1660)也探讨过组合数问题。他首先取4个字母a,b,c,d,列出其中1个、2个、3个和4个的所有可能的组合如下:

a.

b. ab.

c. ac. bc. abc.

d. ad. bd. abd. cd. acd. bcd. abcd.

共有15种组合。

德国数学家莱布尼兹(G.W.Leibniz,1646~1716)在1666年发表的论文《论组合的艺术》中,对组合数和全排列做了研究。他构造了一个类似于帕斯卡三角的数表,并利用它来求组合数。莱布尼兹将一组物品中一次取2个的组合数记为con2natio,一次取3个的组合数记为con3natio,一次取4个的组合数记为con4natio,等等,但莱布尼兹并没有像帕斯卡那样明确给出组合数的一般公式。莱布尼兹证明了如下定理:若n是素数,则n个元素中一次取r个的组合数能被n整除。莱布尼兹似乎并不知道帕斯卡的有关工作,就组合理论而言,其论文水平也不及帕斯卡的《论算术三角形》高。

英国数学家沃利斯在其《代数学》(1685年)附录“论组合、排列与除不尽部分”中专论排列与组合问题。沃利斯也利用等价于帕斯卡三角的数表来求组合数。他不仅计算不重复字母的全排列(如Roma一词中的四个字母的全排列数为1×2×3×4=24),而且还计算有重复字母的全排列(如Messes一词中的6个字母的全排列数为

(1×2×3×4×5×6)/(1×2×2×3)=60.

17世纪第一个有关组合的著名例子值得一提。1617年,一位名叫普泰努斯(E.Puteanus)的作者在荷兰安特卫普出版了一部名为Erycci Puteani Pietatis Thaumata in Bernardi Bauhusii e Societate Jesu Proteum Paethenium的书,书中含有歌颂圣母玛丽亚

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