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美国黑人统计学家
──戴维·伯莱克威尔

── 李学数 ──


我不想把自己归入那一类,也不想把别人归类。归类对我来说是一件毫无意义的事。在统计学中,我们区分概率和统计、理论统计和应用统计、贝叶斯统计和非贝叶斯统计、数据分析和其它类型的统计。人们试图把别人甚至他们自己归入哪一类,把自己局限於小天地中,而依我看,这样很不好,一个人可以在数学的各个领域、各种不同抽象程度,做出出色的成绩。
──戴维·伯莱克威尔

你为甚么往往要同他人一道分享一些美好的事物呢?原因在于他人即将得到的乐趣,当你把这种乐趣传递给他人时,你也会再次体味到它的美。
──戴维·伯莱克威尔

我并不认为一个人对所有的学生而言都是好的老师。学习有各种不同的方式,即使一个好的老师,也难以用与自己学习时截然不同的方式教育别人。例如,我喜欢教课时画图,一旦在班上有一个失明的学生,便发现自己的课算是无法表达清楚了。譬如我在黑板上画了五个点,再跟同学说:‘让我们作一条拟合它们的线。’眼盲的同学便完全无法听懂,因为我没有给出这些点的坐标。换一个例子,在讲课的时候,除了符号 A 与 B 以外我不喜写其它东西。有些人则喜欢更为正式一些授课方法。我认为,自己对某一类学生而言是一个好老师,但不必对所有的学生都是好的老师。
──戴维·伯莱克威尔

如果你是一位数学家,想把用散文形式写的思想表达成符号,那是一件轻而易举的事。
──戴维·伯莱克威尔

我情愿在一个小一些的机构中工作。我认为一个机构大到一定程度,它就会失去一些甚么。我想一个人总要向往那种人与人之间的亲密关系,人人都有机会同周围所有的人进行讨论。
──戴维·伯莱克威尔

黑人数学家的数目在美国并不多,黑人们大多选择了其它方向。他们往往从事一些专门性职业:法律、医学以及商业。我比较能够理解这一点,这样更安全,从事这些领域的工作比从事数学能够更有把握地挣得足够的收入。
──戴维·伯莱克威尔

我有八个孩子,没有一个从事与数学有关的职业,他们对数学根本没有特殊的兴趣,而且我很高兴看到这一点。这样说似乎有点儿那个,他们说不定不会在数学上像我这样有出息。人们难免要进行比较。我弟弟上了伊利诺大学,他念一年级时比我晚十年,他加入了我曾经加入过的一个学会,当人们发现他来自圣特里亚,就问他是不是同我有甚么联系。他说:‘我觉得好像听说过他这个人,但我们间没有任何关系。’你瞧,他也不愿意别人用来和我进行比较,他要依靠自己的力量走路。我的名声在那里好似一块匾,对于我弟弟,无论他是做得非常好或是非常糟,总要对哥哥的业绩负责,这将是一件很坏的事。
──戴维·伯莱克威尔

第一个黑人成为美国国家科学院院士
  戴维·伯莱克威尔(David Blackwill 1919.4.24- 2010.7.8) 是美国著名的统计学家。他是第六个黑人获得数学博士学位,曾在普林斯顿高等研究所工作。五十年代在柏克莱大学当教授,并且当过统计系系主任。2010年7月8日去世,享年91岁,遗留14个孙子孙女。

  他在概率论、贝叶斯统计、对策论(game theory)、集合论(set theory)、动态规划(dynamic programming) 和信息论(information theory) 做出了贡献,曾当过美国统计学会的会长,在1965年他成为第一个黑人被选为美国国家科学院(United States National Academy of Sciences, NAS) 院士,美国国家科学院是在1983年3月3日由林肯总统签署法案创立的,国家科学院院士被认为是一名科学家的最高荣誉。

  他被公认是黑人数学家中最出色的。他说:“我涉猎于那么多的领域,那么对每一领域,我都堪称是一名业余爱好者。老实说,我对搞研究并无兴趣,也未曾有过兴趣。我的兴趣在于领悟,而领悟和研究完全是两同事。”

  戴维·伯莱克威尔1919年4月24日诞生于伊利诺伊州(Illinois) 的申他利亚(Centralia, Illinois),那是南伊利诺的一个只有一万二千人口的小城镇。

  他的祖父曾在俄亥俄教书,后来经营一家店铺,祖母是他班上的学生,他就是这样结识祖母的。祖父遗留了一大藏书室的书籍。可是他的叔叔却没有上过学,因为他害怕黑人孩子在种族主义严重的伊利诺伊州受虐待,因此祖父在家里教他读书。并教他算术,叔叔能做三位数的加法,给戴维很深刻的印象。父亲是铁路工人,只受过小学四年级的教育。

  戴维从小学到中学都是优秀的学生,他16岁就中学毕业了。他是在黑白混合的学校上课。

  伊利诺伊州北部人们比较没有种族主义的看法,而南部种族主义思想是很浓厚,申他利亚刚好是居中。在申他利亚以南的学校是采取种族隔离,申他利亚有一间全白人以及一间全黑人学校,另外五间是黑白混合学校。他所上的学校虽然是不分人种的,但是在同一个镇子里却另有一所专门为白种人开设的学校。这样一来,实际上成了两个隔离的学校,一所只能由黑人来上,另一所只能由白人来上。他却并未意识到这些问题,戴维说由于他的父母执意地保护他们的孩子,不让他们遭受白人的歧视和欺负,因此他从小并没有意识到种族歧视的严重性。

   他小时在祖父的藏书室发现到一本代数书,自己自学这方面的东西、在高中时,学校图书馆有一本英国数学家罗斯·波耳(William Rouse Ball 1850-1952) 写的数学趣味普及书《数学消遣及论文》(Mathematical Recreations and Essays),使他对数学发生兴趣。

  父母不热衷于数学,有几个数学老师对他有着特殊的影响,他的高中几何老师使他真正对数学发生了兴趣。这老师名叫哈克(Huck),他组织了一个数学研究社,参加的学生时常可以得到课本以外的数学问题,他鼓励他们去解决这些问题,而且把他们对问题的解决方法写下来,以他们的名义寄到一份学生刊物《学校科学和数学》(School Science and Mathematics) 去发表。

  学生们很高兴看到他们的名字出现在刊物上。戴维说他的名字在该刊物出现过三次。

  那是16岁那年,为了谋求一个小学教师的工作,伯莱克威尔进入伊利诺斯大学攻读学士学位。六年之后,他便获得了数学专业的哲学博士学位,并成为普林斯顿高等研究所的一名研究员。

喜欢几何
  在八十年代,美国的中学课程有意识地把几何的许多教材删掉,伯莱克威尔很感慨地说:“我真不愿看到发生这种事。几何是一门美妙的学科,直至我学完微积分的一年以后,几何仍然是唯一的一门能使我看到数学是那么美妙、那么富有思想的学科。”

  他说他始终忘不了几何里的辅助线的概念,他说在几何问题上往往看来不可能解决时,加上了一条辅助线就可以使问题一目了然,迎刃而解,真是妙极了!

  许多年之后,他仍记得证明三角形的外角等于它不相邻的两个内角之和这一命题。只要在三角形上的一个顶点作该内角所对的边的并行线,就很明显地看出该命题是正确的。(图一)

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  在中学时,他的老师曾让他们考虑一个河流问题。假设如你在岸上的 P 点,你要走到河边去取水然后走到 Q 点的羊圈给羊水喝,你要怎么走才是最短的路径?

lblackwl2   老师告诉他们答案:假如你由 P 点出发到河边再折返到点 Q,在使折线与河的两个夹角相等的点 R 处折返,这个路径会是最短。(图二)

  为甚么会是这样呢?

  如果我们想像河岸有一块镜子,Q 点有一个镜像反射 Q',如果一个光子要从 P 点到 Q',它一定选择最短的路线,那是一条直线 PQ',这样 PR 和 RQ 在河岸上的夹角就会相等。

  几何就是这么有趣,一个看来不易解决的问题,加上了辅助线就变成一目了然轻而易举地解决了。

读大学准备当小学教员
  伯莱克威尔十六岁高中毕业,就进入伊利诺大学念书。戴维的父亲未受过多少教育,只念到小学四年级。他有一个好朋友,在南伊利诺的一个城镇的学校董事会有影响力,他对戴维的父亲说如果戴维能念大学,他能够给戴维一份工作。

  那时正值1935年经济大萧条的时期,不容易找到工作,因此他的父亲靠借钱供他读大学,不让戴维知道他们家境的困难情况。

  戴维读完大学一年级,才发现他的学费是靠父亲借贷而来,于是在二年级一开学,就对父亲说他可以自己资助自己,不要他再给钱了。

  伯莱克威尔回忆父亲的事迹时,还心存感激地说:“父亲可是个伟人。当我读完大学一年级的时候,发现他一直靠借钱供我上大学,于是当二年级一开学我便告诉他我可以资助自已,不要再给我钱了。当时自己也不清楚将怎样去挣钱,只是不希望他借更多的钱。我干过不同的工怍,当过跑堂和洗碗工,我有一个全国青年总署提供的工作,它相当于公共事业振兴署提供给大学生们的那种,我在昆虫学实验室中清洗容器并往玻璃瓶中注入酒精,这项工作干了好几年。”

  他在读大学一年级时,便知道以后要从事数学专业,这是因为他喜欢数学,而且觉得数学对他来说是很容易的事。在最初学微积分时,他不觉得这科目特别有趣,他唯一喜欢的部分是解方程所用的牛顿方法,至于其它部分,好像是专门为工程师用来确定转动惯量(Moment of Inertia) 或其它甚么物理量,不会令他感到有趣味。

  直到进入大学第二年,他上了初等分析课,教授用的是英国著名数学家哈地(Hardy) 写的《纯数学》(Pure Mathematics),他才真正喜爱上了数学,这时才第一次领悟到将来要从事高深数学的研究,才真正明白自己所喜爱的不仅仅是数学中的一两样东西,整个数学是非常美妙的。

  他说他从来没有很大的抱负,只是想毕业后当小学教员。

  伯莱克威尔回忆:“我依然认为自己会做高中教师。一个人念了四年大学,毕了业,自然而然要找一份工作。也有一些人继续念下去,我也毫不怀疑自己有能力继续念下去,但我不知能不能写出论文来。难道真正有谁在没有确实写出一篇论文之前便知道自己能否写论文吗?在我读研究生第一年的时候,我认识到自己能够理解数学。我能够修研究生的数学课,读研究生的数学书,做研究生的数学习题。尽管存在很大困难,我还是能读懂一篇研究论文或一份刊物。但是自己能不能做一些开创性的工作,这我可不知道。当然不妨一试,但它毕竟不是这个世界给予我的唯一出路。我认为能够当一名好的高中教师,自己就很满足了。”可是在读大学时,如果要当教师,必须修有关教育学的课程,而他却迟迟没有去进修它们,主要原因是他没有下定决心真正去走这条路。

  他渐渐感到自己能够在四年内修得硕士学位,于是把志向提高了一点,希望将来能成为一名高中或大学的教师。他在1938年读完学士学位后,继续留在原校攻读硕士学位。在大学期间,他被选为数学俱乐部的主席。

  在当时他由于功课很好,几个老师鼓励他申请研究生奖学金。他也申请助教奖学金,当助教需要去教书,而学校不愿意黑人给白人学生上课,因此宁愿给他钱较多的研究生奖学金而不给他钱较少的助教奖学金,这是一种带有种族歧视的作法。

名师出高徒
  戴维·伯莱克威尔的论文导师是约瑟·杜伯(Joseph L. Doob 1910-2004)。

  杜伯在哈佛大学获得博士学位。他小时喜欢物理,自己制造收音机,研究莫斯码(Morse code),在他的高中校长的鼓励下,他申请哈佛大学的数学系,1926年哈佛大学的数学系已是美国最好的数学系之一,由于他高中的成绩都是顶尖,因此不必参加入学考试就被录取。

  四年后毕业,他想要系主任史通(Marshal Stone) 做指导教授,可是史通说他没有可研究的题目,建议他去和沃斯(J.L. Wash) 学。他就找沃斯教授当导师,而这导师却让他自由去发展。

   当时有一个年轻的博士塞德(Wladimir Seidel) 在准备写一篇论文需要一个引理,塞德不知道怎么证明这结果,杜伯用几何递代的方法解决了。事实上如果他知道布松积分(Poisson integral),他可以轻易地解决,但由于在数学上的不成熟和无知,他费了九牛二虎之力才解决。由这里他考虑了解析函数及它的极限值在定义域边界的关系,他就很快地写了博士论文。

  他把博士论文交给导师沃斯教授。沃斯教授没有阅读转给塞德,并征求他的意见。塞德没有看就说这是一个好的论文,于是他二十二岁就取得博士学位。

  经过三年在不同的大学作博士后研究,他就应聘为伊利诺大学(在 Urbana 市) 的副教授,在这里他收保罗·哈姆斯(Paul Halmos 1916-2006) 为学生。

  当时戴维·伯莱克威尔还没有找到论文导师,有一天一个助教 Don Kibbey 问他愿意同谁一道工作,那位助教就建议他:‘为甚么不去试试同杜伯教授一起工作呢?他可是一个好人。’

  于是戴维去找杜伯做指导教授。他比哈姆斯更喜欢概率论。杜伯教授给他读的许多文章,早在一年前就给哈姆斯念过了,这些论文都是和测度论(Measure theory) 有关,哈姆斯研究了它们,并且想对别人讲述,戴维很自然地从听哈姆斯讲解而学习了这个理论。后来哈姆斯把这些材料写成了著名的书《测度论》,戴维说他是第一个听说这书稿的人。

  戴维的博士论文是关于马可夫过程。其中一个美丽的想法是杜伯教授给他。在取得硕士学位后,仅两年的时间他获得了博士学位,当时他才二十二岁!

  毕业那年柏克莱大学数学系有一个原波兰籍的统计大师尼曼教授(Jerzy Neyman 1894-1981) 要把杜伯教授榨到柏克莱大学去。

  杜柏教授说:“不行,我不能来。但我在这里有几个优秀的学生,其中伯莱克威尔是最出色的。当然他是黑人,尽管我们都在为民主的事业而奋斗,在我们的国家民主并未普及。”

  尼曼教授对在一切场合下被压迫和受歧视的人都富有极大的同情,他总是喜欢地位底下的人。就因为戴维是黑人,便几乎使他产生极大的热情来聘请他来柏克莱大学工作。

  他希望戴维能来柏克莱大学教书,可是却由于时当时的种族主义的阻力,当吋数学系系主任的夫人说:‘我不能邀请一个黑鬼来我家聚餐。’他不能安排这工作,他只好写信说:‘鉴于战争形势和征兵的可能,他们已经委任一位女士从事这项工作。’

  戴维也不期望会有甚么好消息,这时他向黑人院校发出了105封申请信,而没有向白人院校申请,因为那里的大门是对黑人紧闭的。

到普林斯顿高等研究所
  杜柏由于他在数学上的出色工作,被邀请到普林斯顿高等研究所去工作。杜伯想带戴维·伯莱克威尔一起去,因此也要研究所设法提供一个研究金给戴维作为博士后研究。

  根据当时的规矩:高等研究所的人员都是普林斯顿大学的名誉教职员。当戴维被考虑作为研究所成员的时候,普林斯顿大学拒绝任命一名黑人作为它的名誉教职员。

  研究所的所长是著名的奥本·海默(J. Robert Oppenheimer),他坚持要戴维来普林斯顿研究所,并为此发出威胁,最后普林斯顿大学只好作了让步。

  而戴维也获得了罗森瓦尔德奖学金(Rosenwald Fellowship),在普林斯顿研究所作研究员,在那里两年他很高兴地尽量从几个大师身上学习一些新的数学,特别是封奈曼引他进入对策论,最后他也是这个理论的先行者之一。

  以后他在三个黑人大学共教书十二年,最后尼曼教授把他请到柏克莱大学去,以后他就呆在柏克莱直到退休为止,在那里教了35年。

  在四十年代,戴维本来可以早进入柏克莱大学教书,但由于数学系里有一位白人教授说他不能请黑人到他的家去聚餐,而其它教授认为一个黑人教授系里就会闹分裂,因此尼曼教授(作为一个从外国来的教授,不敢太坚持自己的意见) 才不聘请戴维。但是‘真金不怕火来炼’,十二年之后,尼曼把戴维请到柏克莱大学,过不久还让他当统计系主任,这也是开民主大门,在当年是不得了的事件。

二人零和对策问题
   约翰·封奈曼(John von Neumann 1903-1957) 及奥斯卡·欺根斯基(Oskar Morgenstern) 在他们的名著《对策论及经济学行为》(Theory of Games and Economic Behavior) 提出了对策论。

  他们的书由普林斯顿出版社出版,他们把这书写了两遍,一遍是用符号写给数学家们看的,一遍是用散文形式写给经济学家看的,因为他们不喜欢公式和符号,这是一部大块头的好书。

   戴维·伯莱克威尔虽是数学家,可是他却挑了那本用散文形式写的书来读,发现它比用符号写的容易读得多,由于这本书引起他在对策论的研究,后来成为对策论的先行者之一。

  双人对局(2-person games) 最有名的是‘拈’(Nim),这游戏传说是来自广东的奴工一百多年前在美洲开矿建铁路时,平时没有甚么可消遣,两人取了石块放在地上,排成三列;这叫做‘3-4-5拈’:
  第一列 〇 〇 〇
  第二列 〇 〇 〇 〇
  第三列 〇 〇 〇 〇 〇

   他们轮流取石块,每人每次可以随便从一个列取出一块或一块以上的石块,但不能在两列同时取,直到最后,谁把石块取光的人谁就赢此游戏。他们游戏时,偶而有白人在旁观看,后来白人就在酒吧以铜钱的方式模仿中国工人游玩,这游戏就流传西方了。

  我们来看‘2-2拈’,假定以上的游戏甲取后剩下形式是:
  第一列 〇 〇
  第二列 〇 〇

  由乙来取,他有两种可能的选法:

  (1)第一列 〇  (2)第一列
 第二列 〇 〇 第二列 〇 〇

  这时由甲来取,如果他面对(1)的情形,他就有三种可能的情形:

  (A)第一列  (B)第一列 〇  (C)第一列 〇
 第二列 〇 〇 第二列 〇 第二列

  如果是(A)的情形,乙有两种选择:

  (a)第一列   (b)第一列
 第二列 〇 第二列

  为了要赢取这游戏,乙会选(b)而非(a)。

  如果是(B)的情形,乙只有一种选择(a),这时他就输定了。

  如果是(C)的情形,乙只有选取(b)而赢这游戏。

  如果甲面对是(2)的情形,他就只有(a)和(b)的选择,他如果愚蠢地选(a),那么乙就会赢了,因此他会选(b)的情形。

  为了能全面观察这个游戏的变化,我画了一个游戏树(game tree),读者可以用两根牙签来代表石块,用竖立的摆法摆牙签,用一划表示没有牙签。

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  我们现在由这树,观察甲的三种策略:

  甲Ⅰ第一次 1→2  第二次 4→9
  甲Ⅱ第一次 1→2  第二次 4→10
  甲Ⅲ第一次 1→3

  乙有六种相应的策略:
  乙Ⅰ第一次2→4 或 3→7
  乙Ⅱ第一次2→5 或 3→7
  乙Ⅲ第一次2→6 或 3→7
  乙Ⅳ第一次2→4 或 3→8
  乙Ⅴ第一次2→5 或 3→8
  乙Ⅵ第一次2→6 或 3→8

  我们看甲1和乙1就是1→2→4→9→14的情形。
  甲Ⅱ和乙Ⅰ就是1→2→4→10。
  甲Ⅲ和乙Ⅱ就是1→3→7→13。

  我们构造一个矩阵叫做支付矩阵(Pay-off matrix)

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  这矩阵的 (i,j) 位置放置胜利者及最终点。

  假定甲乙两个人玩这游戏时是有金钱的输赢,而且规定只是一个铜板(一毫或一元),我们可以看到以上的矩阵给出另外一个输赢钱数的矩阵:

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  在这里我们是以甲的立场写这矩阵,甲得一个铜板我们就写1、甲输一个铜板我们就写-1。

  我们现在算每行每列的数字和

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  这些数字反映了一个事实:整个游戏并不是很公正的,如果甲先取,他选取甲Ⅰ的策略,他胜算的机会就大了很多。

  我们现在定义三人零和对策:如果以上的矩阵有每行和每列的和都是零。

   我们举两个这方面的实际例子:第一是‘猜拳’,第二是‘剪刀、石头、布’的游戏。

  现在甲乙两人,甲选奇数,乙选偶数,他们一起伸出手──伸出一个手指或两个手指,如果两人的手指数是奇数甲赢,甲就得1元,如果两人手指数是偶数,乙是赢,他可得1元。

  我们现在写底下的矩阵:

   乙1手指 乙2手指  
  ┌  ┐ 
  甲1手指 │-1+1 0
  甲2手指 │+1-1 0
  └  ┘  
  00  

  我们可以看到这是个二人零和对策。

  如果现在甲乙玩‘剪刀、石头、布’的游戏,我们可以看到对应的支付矩阵是:

   乙击剪刀 乙击石头 乙击布  
  ┌   ┐ 
  甲击剪刀 │0-1+1 0
  甲击石头 │+10-1 0
  甲击布 │-1+10 0
  └   ┘  
  000  

  戴维·伯莱克威尔在这方面做了许多工作,但他说:“遗憾的是这类问题虽是明确完善,但却是最不重要的一类对策,一方赢了,另一方必然是输。当今世界上的对策问题却恰恰不是这样。像美苏之间的对立不是零和对策,双方都能赢,双方也都能输。可惜我不懂其它的对策。”

  1948年至50年,戴维·伯莱克威尔作为兰德公司(RAND) 顾问,运用博弈论在军事局势的研究。在那里,他把注意力转向可称为决斗者的困境,一个可以应用于战场,在那里何时开枪最好的大问题。

初见封奈曼
  约翰·封·奈曼(John von Neumann 1903-1957) 是生于匈牙利的有钱犹太家庭,他可以说是一个神童,6岁能心算8位数的除法,8岁就学会了微积分,12岁就会看法国著名数学家E·波莱尔(E. Borel) 写的《函数论教程》(Lecons Sur la théorie des functions)。他10岁时就进入大学预科学习。不到18岁时就和数学家合写一篇数学论文。

  由于家境富有,他同时在三个国家的大学留学:德国的柏林大学、瑞士苏黎世的高等技术学院、匈牙利布达佩斯大学。在德国他听爱因斯坦的课并跟随 E·施密特(E. Schmidt) 学习群论,在苏黎世他向 H·韦尔(H. Weyl) 及 G·波利亚(G. Polya) 学数学。他也常跑到德国的哥庭根去参加大师 D·希尔伯特(D. Hilbert) 关于量子力学的讲习会。

  1925年和1926年,他先后得到苏黎世的化学工程学位和布达佩斯大学的数学博士学位。

  1930年,他以客座讲师身份来美国普林斯顿大学数学系,第二年被聘为终身教授。1933年普林斯顿高等研究所成立,他被聘为数学物理终身教授,当时他仅29岁,是研究所最年轻的教授。

  封奈曼在纯数学和应用数学,物理及电子计算器上都有卓越的贡献,在第二次世界大战时,为了抢先德国制造原子弹,他参加了制造原子弹的‘曼哈坦计划’,在洛斯阿拉莫斯研究所工作,指导原子弹最佳结构的设计,探讨实现大规模热核反应的方案。可能由于曾长期暴露在辐射线下,他在1955年夏天被医生宣布患上骨癌,病情很快恶化,在1957年2月8日,他在华盛顿陆军医院去世。

对策论开山祖──封奈曼
  封奈曼是对策论的开山祖师,也是现代数理经济学的开拓者之一。早在二十年代法国数学家 E·波莱尔(Borel) 用数学语言研究了赌博问题,引进了纯策略与混合策略的概念,并提出解决个人对策与零和二人对策的数学方案。

  封奈曼在波尔的工作上得出了重要的二人零和对策的极小极大定理(Minimax theorem) 发表在1928年著名的论文《关于夥伴游戏理论》(Zur Theorie der Gesellschaftsepiele)。

  这定理是这样的:如果 A 是二人零和对策的支付矩阵的正规化,x 和 y 是对局双方探取的混合策略的概率向量,那么会存在唯一数值 y,使得
  max(min × A)=v=min(max × Ay)
  x         y
  max(min × Ay)=v=max(min × Ay)
  x  y       y  x

  同时,存在最优策略 x* 和 y*,使
  min x*A=v=max Ay
  =min x* Ay=x* Ay*=max × Ay*
   y          x

  在1940年奥地利经济学家蒙根斯登与封奈曼在这论文的基础上,增加了‘分配’(inputation) 和‘控制’(domination) 的概念,发展了合作对策问题的理论。

  1941-42年,伯莱克威尔作为博士后研究生到普林斯顿高等研究所。他这时对统计感兴趣,去旁听山姆·韦克教授(San Wilk) 在普林斯顿大学的统计课,和他旁听的还有刚从威斯兰欣大学毕业的亨利·歇复(Henry Scheffe) 以及一些像乔治·布朗(George Brown)、阿历·莫(Alex Mood)、安德生(Ted Anderson) 等统计学家。

  他到了普林斯顿研究所见到了闻名已久的封奈曼,封奈曼就邀请他来和他谈论他的博士论文。伯莱克威尔的博士论文是属于概率论的马尔可夫链(Markov's chain),他觉得自己的论文没有太多自己的想法,而且他以为这是封奈曼对新来的年轻访问者的应酬方式,封奈曼这个著名的数学家不会对他的工作太重视及认真,因此他也就没有安排和封奈曼见面。

  有一天在所里的午茶,封奈曼见到伯莱克威尔就对他说:“你甚么时候要来见我和我讨论你的论文?去和我的秘书谈,安排一个时间我们可以讨论。”

  伯莱克威尔才知道封奈曼是认真的,不是对年轻人虚伪的表示善意,于是就见他的秘书安排了会面时间。

  在会面时他讲述自己的论文只不过十分钟,封奈曼就打断他的叙述,问了几个问题,于是封奈曼开始滔滔不绝地讲述伯莱克威尔的博士论文了!

  “你可能已经得到这样的结果了。或许你可以用这个方法,更简易的方法得到这样的结果……。你还可以这么做……”。

  在这个数学大师的面前,伯莱克威尔真是吃惊!封奈曼只是听他讲述十分钟这个在当时还算是冷门──许多人都不知道的数学项目,就马上能知道及洞悉他花了许多时间才学到及发现的东西,这真使他佩服得五体投地。他比自己的论文导师更清楚自己的工作,比论文的创作者更能知道会有甚么推广及进展,而封奈曼毫无保留地把这些东西告诉他!

  在1984年10月,莫理斯·戴古德(Morris H. DcGroot) 访问伯莱克威尔。伯莱克威尔回忆这段初见封奈曼的事迹时,还心存感激地说:

  “封奈曼的脑筋非常迅速。我想他是浪费了许多时间,因为他愿意听那些二流或三流的数学家谈论他们的问题。我几次看到他那么做。”

  封奈曼的记忆力是惊人的,他喜欢历史,阅读许多欧洲古代历史名著,对许多历史事迹,他能无误地叙述。现在收集在《封·奈曼文集》(Collected Works of John von Neumann) 的150余篇论文,有60多篇是纯粹数学,60余篇是应用数学,20多篇是物理学。

  在纯粹数学的工作,包括了集合论及数学基础、测度论、群论、操作数理论、格论。在应用数学除了对策论与数理经济、他和乌朗(Ulam) 创造了蒙特卡罗方法,这在原子弹计算、在天气预报、在经济预测等都有很好的应用。

  如果他没有去世,诺贝尔经济奖会颁给他。

怎样搞起统计来的?
  他在概率论出色工作,1983年阿伯斯(Donald J. Albers) 访问戴维,怎样会对统计学发生兴趣的?

  “1945年,我在哈华特大学(Howard University) 教书,当时数学系很小,而且不很活跃。我留意着整个华盛顿哥伦比亚特区,寻找能使我在数学上有所作为的地方。由于偶然的机会,我参加了美国统计协会华盛顿分会的一个会议。Abe Girshick 作关于序贯分析的报告。报告中最有趣的部分便是他发表了一个定理,而我却不相信这一定理。

  “果然,我回到家中便着手尝试构造一个反例,而且,在不相信一条定理的时候,自然而然地便认为自己已经有了这样一个反例。我把反例写出来后送给了他。当时他正在以一名统计学家的身份为农业部工作。我的反例是错误的,但是 Girshick 没有把它当作一个不懂统计的人所做的一点误入歧途的努力而退还给我,而是把我邀清到他的办公室进行讨论。

  “他没有告诉我这个反例是错的,而是要我解释给他听。由此,我们之间建立起一种个人关系,并且开始合作。这种合作一直持续到他去世为止。我就是这样开始搞统计的,仅仅从听了 Abe Girshick 的那一堂课开始。事实上,我的第一篇序贯分析方面的论文,就是关于我当初所不相信的那个方程式的。”

  阿伯斯问:“您能谈谈什么是序贯分析吗?”

  伯莱克威尔说:“它是关于试验次数没有预先指定的一组试验的统计分析,即序贯试验的统计分析。这就是所谓序贯分析同固定样本容量分析之间的唯一区别。这里,试验材料的个数及试验的次数可以由你预先确定,也可由你一直进行下去直至得出一个结论为止。当然,很久以来人们已经在非正式地这样做了,而 Wald 则是第一个陈述了这一概念并对其进行了系统研究的人。现在人们已经不再把序贯分析看作统计学中的一个特殊分支,例如,我们不再专门开设所谓序贯分析课程。它的重要性在于使人们重新检验许多事物。如果一个固定样本容量分析中的概念不适用于序贯分析,那么可以提示人们,这个慨念在固定样本容量分析中可能未必合适。我认为 Wald 在序贯分析方面的工作导致他在决策理论方面的成就,这在统计学的发展中是非常重要的。”

不喜欢反证法的数学家

  数学家通常对一些命题想证明它的真伪,采取不同的证明方法。有时人们用直接证法,可是如果直接证法不容易,人们就尝试用反证法。

  比方说命题是形如‘如果A、则B成立’,反证法是假定B是不对的,我们要得到与A矛盾的结论,从而假定B不对是不能成立。

  例如在平面几何我们要证明:‘三角形如果两腰相等则其底角相等。直接证法是在底边取中点,作顶点和中点的联线,把这三角形分成两个全等的三角形,然后再证对应的底角相等。’如果我们用反证法就要假定底角不一样,我们要设法推导出两腰不会相等的结论。

  伯莱克威尔却认为用反证法来证明问题是一个错误。在1983年他对访问他的阿伯斯教授(Donald J. Albers) 表示:

  “我往往发现,一旦你从相互矛盾的假设入手,你将永远离不开否定之否定的世界。你先说这个世界里 0=1,然后再试图证明你就是在这个世界工作的。你所说的话没有一句真的。正因为一切都是假的,你也就学不到任何东西。

  “据我所观察到的一切情形,总可以把一个反证的证明改成一个使你所说的每一句话都是真实的证明,这样你就可以学到更多。这并不是说要做多大的改动。”

  他举数学上著名的定理:‘实数集合是不可数的。’来说明,通常证明是反证法,而他可以给出直接证明。

不喜欢电话的数学家他家里没有电话

  美国《生活》杂志曾出版一本关于数学的普及书籍,里面特别介绍戴维·伯莱克威尔,称赞他是一个优秀的教师,而且还特别提到他家里没有电话。

  电话在美国就像汽车一样变成家庭的必需品,一个没有电话的数学家是令人觉得奇怪的事。

  1983年阿伯斯(Donald J. Albers) 访问戴维,特别提起这个问题:“几年前《生活》杂志出的书提到你家中没有电话,到现在您家中还没有装电话吗?”

  伯莱克威尔回答:“没有。几年以前我最小的女儿坚持要装一部电话,她赢了。不过长期以来我们没有电话了。这并不是由于我们家里有甚么特别,而是由于有个孩子打长途电话太多,要付一大笔钱,于是我们决定停用一个月。就这样,一个月拖至两个月,两个拖至三个月。我们发现不要电话有它的不便,也有它的好处,便决定不要电话了。”

  为了写这篇传记,我送了一个网络电信给他,请他提供多一些数据,柏克莱大学与我所执教的大学相距并不太远,我附上我的电话号码,并告诉他我也是很讨厌打电话,我是全系教授使用电话最少的人,如果他需要告诉我一些事情他可以打电话给我。结果,他是用邮寄了一些他的论文数据给我,而没有使用电话。

  他解释为甚么他不喜欢电话:“我对电话也确实没有甚么好感。在二次大战期间,我和一个朋友在华盛顿想乘火车去纽约。人们排着长队,火车的班次不多,再者,军人享有特权。我们排着购票,想知道一些消息,我的朋友对我说:‘请稍待会儿。’他离开队伍,于是我听到电话铃响──售票员不再接待顾客,而去回答电话,提供了我朋友所要的讯息。

  “从这时候开始,我对电话的态度改变。这是一个粗暴无礼的设备,对于费九牛二虎气力挤进来排队的人可以被人中途插进享有优先!”

多产的数学家
  伯莱克威尔在贝叶斯统计、概率论、对策论、集合论、动态规划和信息论等方面都做出了卓越的贡献,他写的数学论文近百篇。他说:“我涉猎于那么多的领域,那么对于每一个领域,我都堪称一名业余爱好者。老实说,我对搞研究并没有兴趣,也未曾有过兴趣。

  “我的兴趣在于领悟,而领悟和研究是完全两回事。往往要想弄懂一件事物,你必须去亲自动手,因为没有前人在这方面做过工作。例如我对香侬(Shannon) 的信息论发生了兴趣,他留下了大量未解决的问题待回答,因为理论本身并不是完备的,所以我和几个同事在这方面做些工作,看看在这样或那样的条件下将会发生甚么事情。

  “这样做的动机并不是想有甚么新的发现。如果把该做的事都做完了,这个理论自然就会更好,而恰恰是因为许多工作没有,你才会想把理论完成,使它变得更为完善,这就是我所谓业余爱好者的含义。当我感到对某些事物的理解颇为透彻的时候,我就着手干些别的了。”

  由于这种广泛的兴趣及做学问的态度,使到戴维·伯莱克威尔能在贝叶斯统计、概率论、集合论、测度论、对策论、动态规划和信息论计多数学领域有卓越的成就。伯莱克威尔说概率论用到测度论,而测度论的基础却是集合论,因此他搞数学始终没有离开他自己最初搞数学的起点──集合点。他是站在这一起点上向不同方向窥测。

他是一个出色的老师
  他一共有八个孩子,要养这么多的孩子还要做研究的确是不容易的事。他喜欢教书,是一个出色的老师,他说:“为甚么要和他人一道分享一些美好的事物呢?原因在于他人即将得到的乐趣,当你把这种乐趣传递给他人时,你也会再次体味到它的美。”

  他从1955年起就在柏克莱大学教书。1957-1963还当过统计系的系主任,他说他对当领导(系主任)没有甚么兴趣,他说他是倾向于去发现人们想要做甚么,而不是领导人们去做。他很快地意识到,他所做的只不过是力图把事情做办好,使大家愉快地工作。他说当放弃系主任这一职务,大约有一年的光景,每天早上一醒来,头脑中的第一个想法便是:“我不再是系主任了。”于是这一天便很高兴觉得非常有意义。

  当系主任是1957年至1961年,从1964年至1968年信息科学学院助理院长。他在1988年从柏克莱大学退休,共指导65位博士学生。

  六十年代,美国大学学生运动风起云涌,特别是柏克莱大学的学运是闻名美国,学生反对校方用四十年代的老规则来压抑他们,学生要求变革,当局不肯变通,于是抗议,破坏暴力的事件层出不穷。柏莱克威尔不喜欢大吵大闹,但却同情学生的活动,认为有这么多暴力和破坏事件的发生,是由于当局不会疏导而镇压的反效果。

  伯莱克威尔在学术上的贡献,使他获得十二个大学颁给他的名誉博士学位,特别是在1980年一年同时获得三间大学颁给他名誉博士学位:荷佛(Howard University) 大学──这是1944-54年他曾经执教的大学,耶鲁大学(Yale University) 及倭威克大学(Warkwick University),这也是美国史上第一宗。给他的名誉博士学位的大学都是著名的大学,像:伊利诺大学,密芝根大学,南伊利诺大学,卡尼基──米农大学,锡拉哥大学,哈佛大学以及南加州大学。

  1979年,他获得了运筹学学会颁给他的约翰·封奈曼理论奖,1986年他又获得了统计学会颁给他的费歇奖(R. A. Fisher Award)。

  伯莱克威尔在空闲的时候便听听音乐,或到乡下去劳动,他们在孟德斯诺郡有一片土地,大约40英亩。那是一个美丽的地方,有一个河湾和好些巨大的红杉树。当初在他买下这块地的时候,他的梦想是到那里去度周末,带上一瓶马提尼酒,坐在红杉树下看着河水流淌。但是当他一旦到了那里,便无休止地干活──种树,修篱笆,割草,修补马厩上的漏洞呀,一直干到离去为止。那么多东西都出了毛病,所以总是有活儿要干。当他们到那里去的时候,并不是他一个人在干活,他的妻子也是一到了那里便一直干到打道回府。事情和他们当初想象的大相径庭。

  他说:“我有八个孩子,没有一个从事与数学有关的职业,他们对数学根本没有特殊的兴趣,而且我很高兴看到这一点。这样说似乎有点儿那个,他们说不定不会在数学上像我这样有出息。人们难免要进行比较。我弟弟上了伊利诺大学,他念一年级时比我晚十年,他加入了我曾经加入过的一个学会,当人们发现他来自圣特里亚,就问他是不是同我有甚么联系。他说:‘我觉得好像听说过他这个人,但我们间没有任何关系。’你瞧,他也不愿意别人用来和我进行比较,他要依靠自己的力量走路。我的名声在那里好似一块匾,对于我弟弟,无论他是做得非常好或是非常糟,总要对哥哥的业绩负责,这将是一件很坏的事。”

他的成就对种族主义者谬论是一个反证

  他的成就对种族主义者的谬论是一个反证。在美国,一些白人至上主义者认为有色人种资质比白人差,因此活该生活在低水平的环境,不能有好的教育及好的工作环境。

  他证明了人对社会的贡献,并不是由他的肤色来决定的,只要一个人肯上进肯钻研,他的成就一定会被公认的。

我在1988年到柏克莱大学听 Dana Scott 关於机器证明的演讲,特別带一位黑人学生去听,在演讲厅见到他,我把我的学生介绍给他认识,我说这就是我在课堂上提过的著名科学家。我顺便也给他有他的传记的《数学和数学家的故事》,他希望我下次再来找他可以谈更多关于他的事迹,很可惜当年我要花费时间去作一些抗争的活动,没法子见他, 他后来寄一些资料给我。

1997年6月─2008年10月5日
2010年7月19日増改



自强不息 力求上进

2008年10月10日首版 Created on October 10, 2008
2019年11月14日改版 Last updated on November 14, 2019