网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

一文读懂概率论发展简史:从古典概率到测度论框架

0
分享至

从赌局到测度:概率论怎样成为一门数学

人类很早就注意到了随机的现象,掷骰子、抽签、赌博这些都让人意识到:有些结果没法预先确定,却也并非毫无规律。

想要把不确定现象转化为严谨的数学研究对象,并非易事。概率论的出现远晚于几何与代数。赌博等随机现象虽然带来了最初的研究问题,但在相当长一段时间里,人们习惯用命运、天意或是运气解释偶然现象,并未意识到这类现象能够定量计算。

特别需要注意,早期的“概率”一词也不是今天所指的那个概念。

哲学家理查德·杰弗里指出,17 世纪中叶以前,英语词 probable 源于拉丁语 probabilis,主要表示“值得认可”或“可以赞同”。当时,人们说某种观点或行动是 probable,意思并不是“它有多大机会发生”,而是说:一个明智的人在当前处境下,有充分理由持有这种观点,更合理采取某种行动。

法律语境尤其如此。一项命题被认为是 probable,常常是因为证据足够支持它,而不是因为人们计算出了某个发生频率。

后来,赌博问题改变了这种用法。赌徒关心的不是某个判断是否“值得赞同”,而是自己有多大的赢面。要解决这类问题,数学家必须把赌赢的机会拆成明确的可能结果,并比较这些结果的值。

unsetunset卡尔达诺:先把赢面写成比例unsetunset

16 世纪,意大利博物学者吉罗拉莫·卡尔达诺已经提出了有效的处理方式。他把胜率定义为有利结果数与不利结果数之比。

设某个事件有 个有利结果、 个不利结果,那么该事件的胜率为 。如果所有基本结果等可能,人们期望发生事件的概率就是有利结果数占全部可能结果数的比例:

以掷一枚公平骰子为例。掷出偶数为赢,那么有利结果是 ,共有 个;不利结果是 ,也有 个。因此,掷出偶数的胜率为 ,概率为 。

这个想法今天看似简单,却已经抓住了古典概率的基本做法:先列出所有等可能的结果,再计算目标事件所占的份额。

unsetunset费马与帕斯卡:赌局中断后,赌注怎么分unsetunset

概率论作为一门较为明确的数学研究,通常追溯到 1654 年皮埃尔·德·费马与布莱兹·帕斯卡之间的书信往来。


两人讨论的是一个赌博中的分配问题:如果一场比赛尚未结束便被迫中断,赌注应当如何在双方之间公平分配?这个问题不能只看眼下谁领先,还必须考察后续比赛可能出现的各种局面,并据此比较双方各自的获胜机会。

这一步很关键。数学家不再只记录已经发生的结果,而是开始系统分析尚未发生的可能性。


1657 年,克里斯蒂安·惠更斯发表了这一主题已知最早的科学阐述之一。此后,雅各布·伯努利的遗作《猜想术》,以及亚伯拉罕·棣莫弗的《机遇论》,推动概率研究逐步成为数学的一个分支。

unsetunset观测并不一致,误差是否也有规律unsetunset

概率论很快离开赌桌,进入了测量与观测更多的领域。

天文学家多次测量同一颗星的位置,测绘人员反复测定同一段距离,实验者重复读取同一台仪器,通常都会得到略有不同的结果。这些差别就是观测误差。问题是:误差只是无规律的扰动,还是也能用数学描述?

误差理论研究的正是这个问题。它不只关注某一次观测偏离真值多少,还要研究:在大量观测中,不同大小、不同方向的误差分别会以怎样的频率出现。

误差理论的早期线索可以追溯至罗杰·科茨的遗作《杂记》。1755 年,托马斯·辛普森撰写了一篇论文,并于 1756 年印行;这篇论文首次把误差理论用于讨论观测误差。论文在 1757 年重印时,提出了两项基本假设:正误差与负误差出现的概率相等;误差的范围受到某个确定界限的约束。

辛普森还讨论了连续型误差。所谓连续型误差,是指误差可以在某个区间内取任意实数值,而非只能取有限个离散数值。辛普森同时给出了概率曲线的描述。

unsetunset拉普拉斯与误差定律unsetunset

最早提出的两条误差定律都来自皮埃尔-西蒙·拉普拉斯。


1774 年,拉普拉斯提出第一条误差定律:如果不考虑误差的正负号,误差出现的频率可以表示为误差数值大小的指数衰减函数(形如 )。误差越大,出现的频率越低。

1778 年,拉普拉斯提出第二条误差定律:误差出现的频率是误差平方的指数函数。与第一条定律相比,这里决定频率变化的是 ,而不是误差的绝对值 。

第二条误差定律就是后来所谓的正态分布,也称高斯定律。从历史顺序看,把这条定律完全归于高斯并不准确:拉普拉斯在 1778 年已经提出这一形式,而高斯当时只有两岁。高斯虽然以早慧闻名,但显然不可能在两岁之前完成这项发现。

同在 1778 年,丹尼尔·伯努利提出了极大似然的思想:对于一组观测误差,应当使这些误差概率的乘积达到最大。这个原则把误差问题转化为一个优化问题:在若干可能的误差安排中,选择联合概率最大的那一种。

unsetunset最小二乘法与正态曲线unsetunset

1805 年,阿德里安-马里·勒让德提出最小二乘法,并在《确定彗星轨道的新方法》中首次发表。

最小二乘法要求选择一组参数,使预测值与观测值之间各个残差的平方和最小。设残差为 ,最小二乘法所要最小化的量是

平方使正误差和负误差不会相互抵消,也会对较大的偏差施加更大的权重。

1808 年,爱尔兰裔美国学者罗伯特·阿德里安在不知道勒让德成果的情况下,首次推导出误差概率定律:

其中, 表示误差为 时的概率密度; 是取决于观测精度的常数; 是比例因子,用来保证整条曲线下方的面积等于 。

这个公式说明,误差越接近 ,概率密度越大;随着 增大,概率密度按 的指数形式下降。于是,较小误差更常见,较大误差则较少出现。

阿德里安给出了两种证明,其中第二种在本质上与约翰·赫歇尔于 1850 年给出的证明相同。高斯在 1809 年给出了欧洲本土已知的首个证明;如果将阿德里安 1808 年的证明计入,高斯的证明在历史上则是第三个。

此后,拉普拉斯、高斯、贝塞尔以及德·摩根等多位数学家与天文学家相继给出了不同维度的严格证明,进一步巩固了正态分布在误差理论中的核心地位。1856 年,彼得斯(C. A. F. Peters)提出的单次观测或然误差计算公式,也在工程测量中得到了广泛应用。

unsetunset从概率通论到随机过程unsetunset

进入 19 世纪,随着社会学、天文学与物理学的快速发展,在拉普拉斯、阿道夫·凯特莱、理查德·戴德金以及卡尔·皮尔逊等人的研究下,概率论不断完善,逐步成为一套通用的科学分析工具。

奥古斯塔斯·德·摩根与乔治·布尔则进一步完善了概率理论的表述体系。


1906 年,安德烈·马尔可夫提出马尔可夫链。马尔可夫链描述一类随机过程:系统下一时刻的状态只依赖当前状态,而不依赖更早的历史。这一概念后来在随机过程理论及其应用中占据重要位置。


1931 年,安德烈·柯尔莫哥洛夫建立了以测度论为基础的现代概率论体系。测度论提供了一种严格处理大小的方法:长度、面积、体积都可以视为测度。柯尔莫哥洛夫将概率定义为满足相应公理的测度,使离散事件、连续变量以及无限多个随机事件能够纳入同一框架。

从卡尔达诺计算赌局中的胜率,到柯尔莫哥洛夫用测度论建立公理体系,概率论经历的并非只是公式越来越复杂的过程。数学家逐渐学会用精准的数学语言处理不确定性:赌博中的输赢、观测中的误差、连续变量的波动以及随时间演化的随机系统,都能够成为严格研究对象的。

参考资料:维基百科(Probability_History)

来源:遇见数学

编辑:韶音

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
是时候重视养老金巨大差距:民心是最大的政治,公平是最强的动力

是时候重视养老金巨大差距:民心是最大的政治,公平是最强的动力

花小猫的美食日常
2026-09-01 00:05:19
美退役军官警告菲律宾:中国拿下黄岩岛之后,下一个就是巴丹群岛

美退役军官警告菲律宾:中国拿下黄岩岛之后,下一个就是巴丹群岛

杰丝聊古今
2026-09-04 00:10:02
刘亦菲“仙气”真相:落水七八米+颈椎扎针20年,还把身材玩明白

刘亦菲“仙气”真相:落水七八米+颈椎扎针20年,还把身材玩明白

艺利森
2026-08-06 06:00:07
武大学术妲己:女生年薪300W男友代干, 被抓出轨小奶狗两次, 四篇A刊都是男友做!

武大学术妲己:女生年薪300W男友代干, 被抓出轨小奶狗两次, 四篇A刊都是男友做!

扮猫骑老虎
2026-08-24 17:33:02
亨德利点评常冰玉2026武汉公开赛夺冠:若无缘大师赛我会感到意外

亨德利点评常冰玉2026武汉公开赛夺冠:若无缘大师赛我会感到意外

峰云峰雨
2026-09-03 09:04:34
周涛与前夫姚科未离婚之前的一张合影照,儒雅的姚科,终究留不住周涛

周涛与前夫姚科未离婚之前的一张合影照,儒雅的姚科,终究留不住周涛

南万说娱26
2026-08-22 08:56:48
再回访!700米长的道路扎堆违停,有车主半年被“抄牌”四五次!200元/月的车位为何不愿租?有车主道出“难言之隐”

再回访!700米长的道路扎堆违停,有车主半年被“抄牌”四五次!200元/月的车位为何不愿租?有车主道出“难言之隐”

小强热线
2026-09-03 21:15:24
《醒来》大结局:沈克希是杜黄桥到死都还守着的秘密,也是他这一生仅存的救赎

《醒来》大结局:沈克希是杜黄桥到死都还守着的秘密,也是他这一生仅存的救赎

肆季娱乐
2026-08-31 15:34:55
离婚1年半,陈晓再传喜讯,不拍戏就消失的他,已走上另一条路

离婚1年半,陈晓再传喜讯,不拍戏就消失的他,已走上另一条路

枫尘余往逝
2026-09-03 14:33:54
乌克兰重创俄罗斯在黑海最大的索契港!摧毁库皮扬斯克百座阵地

乌克兰重创俄罗斯在黑海最大的索契港!摧毁库皮扬斯克百座阵地

项鹏飞
2026-09-03 20:13:05
为制衡保守派打破百年惯例!民主党执意将最高法院大法官扩至13席

为制衡保守派打破百年惯例!民主党执意将最高法院大法官扩至13席

也许明天死亡
2026-09-03 15:58:01
博士爸爸竟拿网上搜来资料,和医学专家叫板:网上查过了,能自愈,你们就是想多收费

博士爸爸竟拿网上搜来资料,和医学专家叫板:网上查过了,能自愈,你们就是想多收费

民生故事会
2026-09-01 18:16:58
张绪武今天上午在京辞世,享年98周岁,是张謇孙辈中最后一个离开世界的人

张绪武今天上午在京辞世,享年98周岁,是张謇孙辈中最后一个离开世界的人

极目新闻
2026-09-03 23:07:00
中国抓捕美国人,不再看华盛顿的脸色;美方愤怒要求放人,中方回敬一句:还记得孟晚舟被无理扣押的1028天吗?

中国抓捕美国人,不再看华盛顿的脸色;美方愤怒要求放人,中方回敬一句:还记得孟晚舟被无理扣押的1028天吗?

人生录
2026-09-03 00:25:07
特朗普越拿中国说事,美国人越不买账:你甩锅中国,我甩你账单

特朗普越拿中国说事,美国人越不买账:你甩锅中国,我甩你账单

旧窗老街
2026-09-04 00:07:50
玄学提醒:如果一个人还在穿着10年前的衣服,只说明几个问题

玄学提醒:如果一个人还在穿着10年前的衣服,只说明几个问题

木言观
2026-08-01 13:58:35
斯诺克英国公开赛战报,4-0,4-2,4-3,中国1胜2负,仅赵心童晋级

斯诺克英国公开赛战报,4-0,4-2,4-3,中国1胜2负,仅赵心童晋级

南海浪花
2026-09-04 00:24:11
第二个许家印!又一首富栽了!世界500强竟是假的,千亿帝国清零

第二个许家印!又一首富栽了!世界500强竟是假的,千亿帝国清零

蜉蝣说
2026-07-17 09:47:08
难怪林丹不回归!羽协被曝猛料,媒体人:20万换世青赛替补集训机会

难怪林丹不回归!羽协被曝猛料,媒体人:20万换世青赛替补集训机会

白首狂夫n
2026-09-03 12:47:27
17岁小将落选国足集训,主帅这波操作,圈内人看完直接沉默了

17岁小将落选国足集训,主帅这波操作,圈内人看完直接沉默了

青川入画
2026-09-01 03:47:50
2026-09-04 01:08:49
中科院物理所 incentive-icons
中科院物理所
爱上物理,改变世界。
10480文章数 136635关注度
往期回顾 全部

教育要闻

全国多地已经开始实施:历史、地理、生物 以后中考不算分了

头条要闻

男子逛夜市遭按摩摊大妈拉住 被5个大妈服务按到发红

头条要闻

男子逛夜市遭按摩摊大妈拉住 被5个大妈服务按到发红

体育要闻

梅西:巴萨10号与阿根廷10号

娱乐要闻

王宝强携女友回工作室!相恋8年仍未婚

财经要闻

章子怡套现3亿 上美拿什么补韩束的缺?

科技要闻

英伟达129亿美元拿下Hugging Face

汽车要闻

限时权益价28.99万起 FREELANDER神行者8正式上市

态度原创

健康
时尚
数码
艺术
本地

脑梗能否取栓,关键看这几点!

女人到了60岁衣服少穿大红大绿,试试这些纯色单品,高级又耐看

数码要闻

AMD肾上腺素驱动26.9.1可选更新发布

艺术要闻

投资8亿,全球最大!北京文化新地标2028年建成

本地新闻

昆明的雨,解锁汪曾祺的浪漫雨季

无障碍浏览 进入关怀版