超级思维,用理工科思维推算世界

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端午节刚过,听同事抱怨,三天小长假,景区哪里都是人,还不如不出去呢,净遭罪。我打趣道,这好办呀,景区门票涨价三倍,节假日交通工具各涨一倍,局面可以马上得到改观。

同事惊讶地说,你是不是疯了,这种话也说得出来。景区、机场、火车站都是花纳税人钱修建的,更要为纳税人服务,你怎么连常识都不知道。

我竟一时语塞,心想,这哥们是文科思维啊。

文科思维,是把自己的价值判断称为常识,这些判断来源于自己的本能,本质是什么都想要。既要享受好的服务,又要少花钱。

景区、交通工具作为商品资源,在节假日高峰期,这些资源是稀缺的。在没有增加供给的条件下,只有提高价格,过滤掉不愿意承受高价的游客,愿意出高价的游客才能享受到更好的服务。

取舍思维是反常识的,两个好东西,我不可能都要,愿意牺牲一个换取另一个。

在现代社会,想要更好的取舍,就得具备理工科思维:有逻辑推理能力,擅长解决具体问题。

《超级思维》这本书就提供了一整套方法论,帮助我们用理工科思维来推算世界,听完这本烧脑著作,你就会建立理工科思维。

在推算世界之前,我们给你准备了三件武器:取近似值,费米法,制定数值地标。

我们先说第一件武器,取近似值。

生活中会遇到一些紧急情况,手机没电了,又没带手表。担心上班迟到,你向地铁里的旁边的女士求助,问她几点了,她手机上的时间是 8 点33分,但她却对你说,八点半。

她并没有说谎。当人们处理有关具体数字问题,倾向于取近似值,来帮助我们更好地理解数字。

有时候,我们对于精准的时间并没有什么兴趣,我们在乎的是对自身而言具有重要意义的东西。在进行推算是,我们可以把任何一个 187 变成 190,也可以把任何一个 7432 变成 7400。这样可以让数学计算变得更简单,还可以节约大把时间

我们再来说第二件武器,费米法。

恩利克.费米是一位物理学家,在量子理论方面的成就获得了诺贝尔奖。费米法用来取近似值,简单高效,对背景信息的要求还很低。

它的通用步骤是:先进行看似合理的基本假设;利用这些假设推算出你想要的结果。

举个例子,你想知道一棵树上有多少树叶。简便起见,假设每颗树有 10 根树枝,每根树枝有 30 片树叶,那么每颗树就有300 片树叶。这个例子足够简单,后面涉及到的复杂例子指导思路都来自费米法。

最后一件武器是,制定数值地标。

你能想象出 100 万和 10 亿之间有什么差别吗?如果经常用这样的数字,就会形成数值地标。

比如,100 万就是 1.5周时间的总秒数,10 亿秒将近 32 年。把数字和具体的实际情况放在一起参照,就能提高一个人对于大数字的理解能力。

Google 的第一轮面试, 就是考察应聘者的数字推算能力,了解了这三个概念,你就可以小试牛刀了。

我们来看看 google 的面试题,芝加哥有多少位钢琴调音师?乍一看,有点蒙,就算是通过搜索引擎也找不到标准答案啊。

别着急,google 要的也不是具体答案,而是应聘者的思维过程。

还记得费米法吗?先进行看似合理的基本假设。想要知道芝加哥有多少调音师,得先知道芝加哥有多少人口吧,这个我们也不清楚。

这时候,我们可以用到数值地标。不知道芝加哥没关系,可能我们知道底特律,或者波士顿的人口数量,绝大多数城市人口,大约在300万。为了便于计算,300万是我们取的近似值。

有了这个假设,我们可以继续往下推算。一个城市拥有自主房产的居民大概占 30% ,这些居民中,大概有 5% 的家庭会买钢琴,而钢琴可能每半年需要调音一次。我们排除掉音乐厅,表演场所等地方,因为这些地方钢琴的数量比较少,可以忽略不计。

我们设想下,一位调音师大概每天要为两架钢琴调音,也就是每年为 730 架钢琴调音。

拼凑了这些条件后,我们就可以设计一个公式,来推算出芝加哥有多少钢琴调音师。

来,我们一起演示下计算过程。首先要算出芝加哥拥有钢琴的家庭人口,用 300 万芝加哥人口,乘以 30% 的住房人口,乘以 5% 的买钢琴家庭,得出芝加哥有 4.5 万架钢琴。每半年调音一次,每年就需要 9 万次调音。

上面我们提到,每位调音师每年为 730 架钢琴调音,那么,用 9 万除以 730,得出芝加哥大约有 120 位钢琴调音师。

怎么样,google 的面试题目比较烧脑吧。类似这样的烧脑题,《超级思维》这本书总共给出了 70 道,是不是有点吃不消。

别担心,通过芝加哥钢琴调音师考题,我们帮你梳理好了解答这类问题的的 3 个思维过程,熟悉这些过程,加以演练,你就会形成理工科的超级思维。

下面,跟随我们一起了解下这些思维过程。

首先,了解背景知识,弄清楚问题的来龙去脉;

紧接着,罗列出解决问题所需要的条件。

最后,设计公式,计算出答案。

我们会用 3 个问题让你掌握理工科的思维过程。

先来看第一个简单问题,读遍北京大学图书馆里所有的书,需要花费多长时间?

要解决这个问题,我们需要了解背景知识,北京大学图书馆有多少藏书?这个答案比较好找,截止 2014 年底,北大图书量大约是 1100 万册。

接着拼凑条件,一个人一天可以读几本书?读一本书所需要的时间取决于所读的书是哲学名著,还是一些口水书。

还记得费米法吗?先进行看似合理的基本假设,我们设定大多数书处于两者之间,一个人专职读书,每天可以读完两本书,那么,读完一本书所花费的时间是 0.5 天。

有了这些条件,我们就可以往公式里面套了。用图书馆的藏书数量 1100 万册,乘以读每本书所花费的时间 0.5 天,就可以计算出,读完北京大学图书馆的书所需的时间,大约是 550 万天,也就是 15068 年。

庄子说,吾生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已。你看,一个人哪怕要读完北大图书馆冰山一角的书籍,都要耗费一生的时间,用有限的生命去追究无限的知识,是必然失败的。

这种感慨就是文科思维,理工科思维只关注逻辑推演,解决出具体问题。

下面,我们再来看一道烧脑题,如果用波士顿港口泡茶,需要多少克茶叶才能泡出好茶。

我们按照前面的3个步骤一步步来。

首先,先了解下波士顿倾茶事件的背景知识。美国当时是英国的北美殖民地,跟英国人一样,也爱上了中国茶叶,每年喝茶数量惊人。

英国政府意识到茶叶是暴利来源,1773 年英议会通过《茶叶法案》,条例明令禁止殖民地贩卖"私茶"。由于拥有茶叶生意的垄断权,英国东印度公司获得了巨大利润。

这个法案引起了殖民地居民的强烈不满,他们通过不喝茶或改喝别的饮料来抵制该法案。富兰克林当时就用用胡桃木的叶子来代替茶。

然而,比起真正的中国茶叶,胡桃木叶子要逊色很多。 1773年, 矛盾激化到了顶峰,英东印度公司的三艘茶船到了波士顿港口,没有人给他们卸货。

原因是,殖民地人民想通过和平谈判争取喝茶的权益,被英国国会残忍地拒绝了。

这时候,有数十名殖民地人,打扮成印第安人模样,溜到了船上。他们手持短斧,在岸上人群围观下,劈开木箱,把3艘船上价值 18000 英镑的 342 箱茶叶,3 个小时内全部倾入海。人们摇铃相告,无不拍手称快。

这就是闻名世界的波士顿茶倾茶事件,这个事件作为导火索,才有了后面莱克星顿的枪声,以及《独自战争》宣言。

中学课本里是这样演绎倾茶事件的,波士顿港口瞬间香飘四溢。

知道了背景知识,我们罗列出一些条件,推算下,当时的波士顿港口能否达到香飘四溢的效果。

我们要知道波士顿港口的容积是多大?

一杯茶的体积是多大?

一个茶包是多少克?

看地图,能估算出波士顿港口的总面积约为 200 平方千米,即 2万亿平方厘米,海港的深度大约是 15 米,也就是1500 厘米。港口面积乘以深度得出,港口的总容积是 30 万亿立方厘米。设定茶杯的容积大约是 300 立方厘米,1袋茶包的重量约为 1.5 克。

下面我们来设计公式,用 1.5 克除以茶杯的容积 300立方厘米,可以计算出冲泡每克茶叶的容积,用这个结果乘以波士顿港口的容积,就可以计算出,泡出香飘四溢的茶包总重量大约是 1500万吨。

根据中国商务部网站显示, 2012 年茶叶的全球总产量大约是 462 万吨。

你看,用理工科思维锻炼自己的推算能力,就不会对表象所遮蔽,让我们拥有独立思考能力。

我们再看第三个问题,一只猴子需要多长时间才能录完莎士比亚全集?

这个问题的背景故事来源于赫胥黎大辩论,托马斯.赫胥黎是英国皇家科学院院士、著名博物学家,他坚定地捍卫达尔文进化论。

1860年6月30日,赫胥黎在博物馆里进行了一场大辩论。这一个原本平常的讲座,影响深远,流芳百世。

赫胥黎的对手是威尔伯福斯,一个将一生都献给上帝的人。威伯福斯毕业于牛津大学,也是英国皇家科学院院士,同样热爱自然科学,他以丰富的科学理论功底与生物知识,洋洋洒洒列举了许多证据,驳斥达尔文著作中的猜测性段落。

达尔文也同样意识到了对手的强大与自己理论的不成熟。在给友人的信中,他表示一旦康复,则将迅速修正所有威伯福斯提出的问题。

赫胥黎作为达尔文的忠实支持者,深知达尔文的理论,有着量的观察与事实作为依据。他认为达尔文已经完美对现有事实进行归纳总结,通过自然界的事实材料与推论对比,检验了推论的正确性。

这一天,赫胥黎嗅到了战争前的紧张气息,据传超过一千人涌入了会议厅,由于人满为患,更多的人被拒绝入场。

出席者包括当时学术圈中许多影响力重大的科学家,包括达尔文远航科考时的船长菲茨罗伊。人们都预感到一个重大事件即将发生。

辩论正式开始。

威尔伯福斯坚决捍卫自己对创始者的信仰,他一再强调我们在自然界所看到的一切,都需要创世者的谋划。

赫胥黎对此进行了抨击,他认为只要时间允许,事物和事物之间的互相融合,甚至连人类繁衍所必须的条件,最终都可以随机产生。

这就好比一只猴子只要时间上有保证,它就可以在打字机前面随意敲打,最终录入完莎士比亚的全部作品。

那么,录完莎士比亚的全部作品,需要多长时间呢?

我们一起拼凑下,完成这道题所需要的条件。

首先,如果要录完莎士比亚全集,你要知道,总共要敲击多少个字符?
接着你要清楚,敲对字符的概率是多大?
还需要知道,连续敲对字符的概率是多大?

我们一步步来推算,莎士比亚有37部作品,大约有 360 万字,假设一只猴子敲击一个字符是0.1秒,不间断也不停止,我们可以计算出,一只猴子不间断录完莎士比亚全集字符大约需要 4.1 天。

一台打字机包括空格,标点符号,大约是40个键,如果不计较大小写,敲对一个字符的概率是 1/40,也就是0.025,敲对两次的概率是 0.025 的平方,以此类推,敲对 360 万字的概率就是0.025的 360万次方,这是一个海量的数据。

要得到敲完莎士比亚全部作品需要的时间,就用 4.1 天除以0.025的 360万次方,这个数字太大了。

我们推算的结果并不重要,而是要掌握理工科思维拼凑条件和计算的过程。

好,我们来总结下,要练就一个理工科思维大脑,首先要抛弃凭直觉做判断的文科思维,知道取舍;

第二步,要了解三个基本概念,取近似值、费米法、建立数值地标,这是我们进行推算世界的必备工具;

最后呢,就是要掌握理工科思维推算过程:了解背景知识,罗列出解决问题需要的条件,设计公式,计算出答案。

你看看,只要掌握这三步,平时有意识训练自己的大脑,你理工科思维方式就会逐步建立起来。

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