形狀:資訊、生物、策略、民主和所有事物背後隱藏的幾何學 (電子書)

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喬丹.艾倫伯格
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具体描述

美國最受歡迎的數學教授、
《數學教你不犯錯》作者喬丹.艾倫伯格的最新大作,
以數學對現實世界進行深度的解析。
 
本書帶你邂逅新的幾何學:
流行病傳播的幾何學、混亂美國政治進程的幾何學、
職業棋士的幾何學、人工智能的幾何學、
英語的幾何學、財金的幾何學、物理的幾何學,
以及詩的幾何學。
 
  「這本書怎麼可能這麼有娛樂性?這不合理啊!它揭示了幾何思維如何促成從更公平的美國選舉、到更好的流行病規劃。」―紐約時報
 
  幾何學不是歐幾里得,早就不是了。它不是散發著教室氣息的文化遺產,而是一門活生生的學科,正以前所未有的速度前進。
   
  這本書讓你邂逅新的幾何學。
   
  包括我們正在經歷的COVID-19流行病的傳播。本書告訴你流行病傳播不是醫學,而是數學,更嚴格來說是幾何學。因此,該如何透過找出流行病的圖形,來理解每日染疫人數的變化,預估疫情高峰與結束的時間,並說明為什麼流行病的控制不追求完美主義?
   
  還有美國式民主的政治進程,若不是運用幾何學的洞察,還真的不容易揪出背後的操作與不公平!作者舉他的故鄉威斯康辛州為例,說明共和黨人如何透過選區劃分,讓共和黨在國會中的席位屹立不搖,以此介紹了「傑利蠑螈」的存在。以及若沒有幾何學的抽絲剝繭,分辨其中政治操作的訣竅,還真容易遭到蒙蔽。果然只要改變選區的形狀,就能改變選舉結果!
   
  作者更一一分析職業棋士的幾何學、人工智能的幾何學、英語的幾何學、財金的幾何學、物理的幾何學,以及詩的幾何學。原來,每個事物都有其幾何結構,數學不只是理性的分析和掌握,更是對於事物內在形狀的直覺感知和洞悉,幾何學可說是數學中最饒富興味、最感性的一支!
 
  本書為《紐約時報》暢銷書《數學教你不犯錯》作者喬丹.艾倫伯格的新作,艾倫柏格本身為世界一流的幾何學家,在本書中顛覆我們對幾何的認知,開啟我們對幾何的嶄新力量的大門,讓我們對幾乎所有事物產生更深入的理解與認識。
    
  過去兩百年間在教室裡的典型幾何學課程,是將歐幾里得當成博物館文物,那些證明是用來記憶、背誦、甚至欣賞的,一個人如何能想出這些證明完全沒被提及。但如今我們不再要求學生背誦歐幾里得,而是透過幾何學訓練學生養成嚴謹推理的心智習慣。但幾何學的意義遠遠超過這個。
   但凡科學、政治以及哲學問題背後都隱藏著幾何結構。在希臘文中,「幾何學」這幾個字具有「測量世界」的偉大含意,但這層意義低估了幾何學。事實上,幾何學不僅能測量世界,還能闡明世界。幾何學會問:物體的位置和樣貌如何?哪些事物彼此相近?你可以如何從一件事推出另一件事?這些都是重要的問題。
 
  透過幾何學的眼鏡,不難發現以下問題都與幾何學息息相關:
 
  •民主政治該如何選擇代表?
  •該如何阻止傳染病席捲全球?
  •電腦如何學習下棋?
  •為什麼對電腦來說,學會下棋比學會閱讀要簡單多了?
  •古希臘的黃金比例可以用來預測股市嗎?
  •如果你的孩子想學會思考,該在學校裡學習什麼?
 
  此時此刻,幾何學正在隨著人工智能,深入到我們生活的每一個面向,重新塑造我們居住的城市成為新興的幾何學都市。且讓我們穿透表面現象,看穿事物內在形狀,從而瞭解事物背後的運作。
   
好評推薦
 
  專文推薦
 
  洪萬生 (台灣數學史學會理事長)
  
  「本書有關美國選舉制度及疫病(特別是 COVID-19)的數學問題(本書歸類為幾何學)之說明,一定可以讓關注或參與類似活動的博雅君子感同身受。中學教師也可以在課堂上引進這些例子及其說明,來強調數學並非遠在天邊的彩虹,而是就在我們身邊,與日常生活的推論密不可分。
  因此,我要鄭重推薦本書。這是一部極成功的普及書寫作品(作者想必投注相當的心力),值得我們普及作家仿效,更值得教師引入教育現場,充當閱讀良伴。」
 
  【各界讚譽】
  出奇有趣的新書……《形狀》真的把幾何學變有趣了……以艾倫伯格的妙語如珠(以及他對19世紀美髯的欣賞),《形狀》的真功夫在於將幾何井井有條地化為文字。……對艾倫伯格來說,幾何不是逃離現實的去處,而是生命中的一股力量——可以用來為善或為惡,也可以用來玩味。幾何連結擴展了我們對世界的看法,以及真實與抽象之網。如同詩人瑞塔‧多芙所寫:「我證明了一個定理,然後房子變大了」。—Parul Sehgal, The New York Times
 
  艾倫伯格的詳盡闡述,對數學中人性的探索,以及令人拍案叫絕的最終章,捍衛以公平及科學為基礎的民主,再再提醒我們,為何他是美國最受歡迎的數學教授。—Daily Beast
 
  引人入勝、鞭辟入裡。—The New York Times Book Review
 
  艾倫伯格從幾何的意義寫到幾何在現代社會中的作用,層面廣泛,眼界益發廣闊,文筆益發活潑。—The Telegraph
 
  [喬丹‧艾倫伯格]維持了與前作一貫的魅力……幾乎人人都會喜愛艾倫伯格的文章和見識。—Harvard Magazine
 
  將嚴謹的數學寫得深入淺出、妙趣橫生……一則則幽默的數學軼聞,引人深入數學理論之海。  —Kirkus
 
  數學教授艾倫伯格(《數學教你不犯錯》)以輕快的筆觸,呈現深度數學對現實世界問題的解析……對數學感興趣的讀者對世界將有更深刻的瞭解。 —Publishers Weekly
 
  《形狀》是數學著述中的得意之作,以流暢文筆及令人捧腹的幽默揭露深刻的真理——從距離的性質到隨機的可預測性——以及深刻的錯誤——從歷史的錯誤歸功到最高法院大法官的冥頑不靈。艾倫伯格對其主題及讀者的熱情洋溢筆端,使我們深感幸運,得以聽他以親切口吻娓娓道來他最喜愛的主題,數學。   —Cathy O’Neil, author of Weapons of Math
好的,这是一本关于不同领域知识的综合性书籍的简介,着重于探讨事物背后的结构、模式与联系,但不包含您提到的原书内容。 --- 书名:《维度的交织:从宇宙尺度到微观世界的结构之舞》 内容简介: 本书是一次跨越学科边界的探索之旅,旨在揭示隐藏在自然现象、社会结构乃至思维模式背后的共同规律与底层逻辑。我们不再将物理学、生物学、经济学和社会学视为孤立的岛屿,而是试图构建一座桥梁,连接起这些看似风马牛不相及的领域,展现它们共同依赖的那些基本结构和动态原理。 第一部分:结构的基石——从宇宙到物质的形态 本部分着眼于自然界中“形式”的起源与演化。我们将深入探讨物质世界的基本构建块,以及它们如何组织成我们所见的宏大和微小结构。 物质的内在秩序: 我们将从量子力学的基本假设出发,审视粒子如何通过场的交互作用形成稳定的原子和分子。重点将放在晶体结构、对称性破缺以及这些基本几何规则如何决定了材料的宏观性质——例如金属的延展性、半导体的电学特性,以及矿物的天然形态。 尺度与涌现: 随后,我们将视角拉伸到更大的尺度,探讨复杂系统理论在物理世界中的应用。从湍流的不可预测性到凝聚态物理中相变的临界现象,我们将分析小尺度规则如何“涌现”出大尺度上全新的、不可简化的集体行为。这不仅涉及流体力学中的漩涡模式,也触及了星系团的形成与分布规律,揭示在不同尺度下,能量和物质如何遵循相似的效率原则进行组织。 非欧几里得空间的回响: 我们会探讨广义相对论所揭示的几何学与引力的深刻联系。宇宙的曲率不再是抽象的数学概念,而是塑造了光线路径和时间流逝的实在力量。通过分析黑洞视界和宇宙膨胀的几何模型,读者将理解我们的现实是如何被深层次的空间结构所定义的。 第二部分:生命的蓝图——信息、动态与演化 本部分将重点关注生命系统的复杂性,解析生物体如何利用信息、能量和时间,构建出高度有序且能够自我维持的结构。 生命体的拓扑学: 我们将研究生命分子(如DNA、蛋白质)的折叠问题。蛋白质的特定三维结构决定了其生物功能,这本质上是一个能量最小化和拓扑约束下的结构优化过程。我们将分析酶活性位点的几何精度,以及膜蛋白如何利用脂双分子层的界面特性来实现跨膜运输。 网络的生命力: 进化生物学可以被视为一个巨大的动态优化问题。我们将考察生态网络(食物网、共生关系)的鲁棒性与脆弱性,分析网络理论如何帮助我们理解物种灭绝的临界点。在个体层面,神经系统的连接模式和信息传递的效率,也体现了生物体对信息处理效率的极致追求。 形态发生与发育的几何控制: 从受精卵到成熟有机体,发育生物学研究的是如何从一套简单的遗传指令中“生长”出复杂的形态。我们将探讨反应-扩散模型(如图灵模式)在皮肤斑纹、肢体分节中的作用,理解这些动态过程如何编码了生命体的基本“构造图纸”。 第三部分:人工与社会的结构——效率、互动与边界 本部分将视线转向人类的创造物与社会组织,分析技术系统、经济活动乃至政治理念背后的结构性驱动力。 算法与决策的结构: 在信息时代,算法定义了我们获取信息和做出选择的方式。我们将分析搜索引擎排名、社交媒体推送背后的排序机制和反馈循环。这不仅仅是计算机科学,更是对人类认知偏差和群体行为模式的一种结构性映射。如何设计更公平、更具适应性的决策模型,成为我们审视社会结构的关键。 城市的生长与流动: 城市是人类最复杂的工程之一。我们将运用交通流理论、空间经济学模型来分析城市扩张的模式(如幂律分布)。理解交通拥堵的临界点、基础设施建设的效率瓶颈,本质上是在研究特定约束下的人口密度与资源分配的几何优化。 治理模式的稳定性分析: 政治理论的核心在于权力的分配与制衡。我们将借鉴博弈论和复杂系统分析,探讨不同治理结构(如分权制、中央集权制)在面对外部冲击(如危机、资源短缺)时的稳定性和适应性。这些结构的选择,决定了群体决策的集体理性或非理性程度。 结论:统一的视角 本书最终试图汇集这些分散的洞察,提出一个统一的框架:所有自组织系统——无论是自然演化还是人为设计——都在不断地探索最佳的结构效率。成功的结构,无论其表现形式如何,往往是那些能够在给定约束下,最大化信息流、最小化能量耗散或最优地平衡稳定与适应性的形态。通过这种跨学科的几何化视角,我们得以洞察不同领域之间更深层次的同构性,从而更好地理解我们所处的这个既有序又充满变数的现实世界。

著者信息

作者簡介
 
喬丹.艾倫伯格 Jordan Ellenberg
 
  威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)數學系的維拉斯傑出成就教授(Vilas Distinguished Achievement Professor)。《紐約時報》暢銷書《數學教你不犯錯》作者。
 
譯者簡介
 
蔡丹婷
 
  師大翻譯研究所畢業。坐過辦公室,當過英文老師,但還是最喜歡翻譯,最愛的是家人。極喜歡窩在家中推敲字句的日子,更喜歡透過不同語言接觸新知,夢想是能使用八國語言。過去二十年主要為HBO頻道及Discovery系列頻道翻譯字幕,譯有《綠手指聖經》。

图书目录

推   薦 很難明白這其實很簡單 洪萬生 
前   言  物體的位置及其樣貌
 
第01章   「我投歐幾里得一票」
第02章   一根吸管有幾個洞?
第03章   不同事物、相同名字
第04章   人面獅身像的碎片
第05章   「他的風格是無敵」
第06章   試誤的神祕力量
第07章   人工智能登山學
第08章   你是你自己的負一層表親及其他地圖
第09章   三年的星期日
第10章   今天發生的事明天也會發生
第11章   可怕的增長率
第12章   葉中之煙
第13章   空間的皺摺
第14章   數學如何破壞民主(又如何加以挽救)
結   語   我證明了一個定理 然後房子擴大了
 
誌謝
注釋
圖片來源

图书序言

  • ISBN:9786269597642
  • EISBN:9786269597635
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:3.9MB

图书试读

推薦文
 
很難明白這其實很簡單
洪萬生 ( 台灣數學史學會理事長 )
 
  本書作者喬丹.艾倫伯格在他的前一本普及書籍中,深入淺出地說明「數學教你不犯錯」,現在他的科普對象擴大成無所不在的「幾何學」,譬如「流行病傳播的幾何學、美國混亂政治過程的幾何學、職業棋士的幾何學、人工智慧的幾何學、英語的幾何學、財金的幾何學、物理的幾何學、甚至詩的幾何學」。儘管這些都是資訊、生物、策略、民主和所有事物背後隱藏的材料,就其繽紛多元的表面現象來看,的確有令人難以下手之處。然而,艾倫伯格在本書的論述與敘事,卻足以印證他對於「機器學習」vs.「人類學習」的(「先天」)強烈對比所給出的評論:「很難明白這其實很簡單」。當然,這句話是針對機器學習而發。
  
  以著名的奇偶問題—也就是判斷X與O組成的字串中X的數量是奇數還是偶數為例,「標準的神經網路建構都把這題目學得很糟」。還有,如將機器學習應用在目前極夯的自駕車上,那也讓我們不無憂心。艾倫伯格的評論值得引述如下:「自駕車也許有95%的機率能做出正確選擇,但這不代表它在往永遠做出正確選擇的路上已走了95%;剩下的5%,也就是那些異常情況,也許正是人類散漫的大腦,比任何當前或近期可能出現的機器,更善於解決的問題。」
    
  或許散漫的大腦更有品味,至於專擅演算法的機器則是完全「不解風情」。這應該也部分解釋了何以本書所引述的西洋棋冠軍拒絕與機器下棋。這是因為儘管「樹形幾何告訴你如何能贏;但不能告訴你是什麼讓一場遊戲變得美麗。那是更奧妙的幾何學,目前還不是電腦能依靠短短幾條規則一步步推出來的」。
    
  當然,奉機器學習為圭臬者可能懷疑莫非艾倫伯格這個數學書呆子之淺見。不過,他就學哈佛大學期間,師承名師馬祖爾(Barry Mazur)主修代數數論,但是卻在研一下學期,選修了從魔術師變成哈佛數學系教授的戴康尼斯(Persi Diaconis)之「洗牌幾何」課程,可見他並非不食「人間煙火」。事實上,在本書第十四章,我們看到他發現「數學如何破壞民主(又如何加以挽救)」,其中更值得注意的,是他對於民主(或反民主)運作的投入瞭解,試圖運用很簡單的數學,解剖政黨競爭的爾虞我詐(他教職所在的威斯康辛州恰好就是「惡名昭彰」的搖擺州)。另一方面,在本書中,他也使用了許多篇幅,說明諾貝爾獎得主羅斯醫生如何利用隨機漫步過程來模擬蚊子的飛行,從而類比到疫病的傳播時間與路徑。「只要蚊子的密度夠低,魔法數字R0就會降到1以下,也就代表病例數會一週比一週少,疫情也會呈指數衰減。
    
  你不必防止所有的傳播;只要防止足夠的傳播就行了。」因此,針對目前還正在肆虐全球的 COVID-19,他的建議與許多專家的看法一致:「我們不需要追求零擴散,雖然這樣當然很好,但不太可能。流行病的控制並不追求完美主義。」
    
  最後,回到本文的主題。我想數學普及作家向讀者介紹很多高度抽象數學甚至只是一般數學知識時,也經常「很難 ( 讓人 ) 明白這其實很簡單」。這個難度涉及作家的數學洞識,有時還需輔以數學史洞識,至於敘事素養則更是不可或缺。本書作者學養博雅,又常能在卑之無甚高論的大眾問題日常中,發現極有意義的數學問題(譬如氣球戳破後有幾個洞?),再加上他擁有創意寫作的專業訓練,同時又十分關注數教育改革議題,因此他在書中總能適時地分享極有價值的點滴心得。譬如,論及海龍公式(本書譯成希羅公式)時強調:「長度的守恆暗示了三角形面積的守恆,因為兩個三角形如果邊長相等,就意謂著這兩個三角形全等,因此有同樣的面積;或者你可以運用亞力山卓的希羅那道優美古老的公式,那告訴你如何以邊長表示面積。」類似這樣的觀察,當然也可充實中學數學及通識教學內容。
    
  再有,本書有關美國選舉制度及疫病(特別是 COVID-19)的數學問題(本書歸類為「幾何學」)之說明,一定可以讓關注或參與類似活動的博雅君子「感同身受」。中學教師也可以在課堂上引進這些例子及其說明,來強調數學並非遠在天邊的彩虹,而是就在我們身邊,與日常生活的推論密不可分。
   
   因此,我要鄭重推薦本書。這是一部極成功的普及書寫作品(作者想必投注相當的心力),值得我們普及作家仿效,更值得教師引入教育現場,充當閱讀良伴。最後,我要引述作者對〈美國獨立宣言〉的備註,作為我這篇「掛一漏萬」的推薦文之結語:
 
  「我們認為下面這些真理是不證自明的」不是傑佛遜的話;他的獨立宣言第一版草稿寫的是「我們認為下面這些真理是神聖而無可否認的」。
 
  是富蘭克林刪去幾個字後換成「不證自明」,使得這份宣言少了些聖經味,多了點歐幾里得味。富蘭克林刪得好!「神聖而無可否認」vs.「不證自明」當然有著強烈對比,然而,「細節」之於風雅,或許就是本書作者關注之所在。

用户评价

评分

書裡對於「生物」和「資訊」的連結部分,真的讓我印象深刻。我總覺得生物的形態,從細胞的排列到複雜器官的形成,都暗藏著某種效率最高的幾何結構。作者似乎想深入挖掘這種「演化學上的最適化」背後所遵循的數學原則。我很好奇,書中是否提到了分形(Fractals)在植物生長或血管分布上的應用?或者更進一步,探討資訊傳輸的效率如何透過特定的幾何路徑來實現?這種將生命現象歸結為一組優化問題的視角,非常具有說服力,因為自然界向來是最高效的工程師。我希望作者能用生動的例子來闡釋,而不是只停留在理論層面,畢竟對我這樣的非專業讀者來說,如何將這些深奧的數學工具與我們日常能觀察到的現象連結起來,才是閱讀體驗的關鍵。

评分

其實,讀完這本書的整體感覺,我認為它帶給我最大的收穫,是一種「結構性思維」的訓練。它不是教你如何畫一個完美的圓,而是教你理解為什麼某些事物會呈現出類似圓的結構,或者說,在特定限制下,為什麼這種形狀是最優的。這種思考方式,對於處理現代社會的複雜性尤其重要。面對鋪天蓋地的資訊洪流和瞬息萬變的政治經濟局勢,單純的因果推論往往顯得力不從心。但如果能從底層的結構——也就是幾何學的角度去剖析,也許就能找到那些不變的支撐點。這本書似乎在告訴我們,別只看表象的變化,要回頭去檢視那個建構一切的框架,那才是掌握全局的關鍵。這種從宏觀到微觀,再從微觀回歸結構的論述路徑,讓我對如何系統性地分析問題有了更深層的體悟。

评分

從行文風格來看,這本書的論述相當紮實,作者似乎非常擅長在嚴謹的邏輯推演和引人入勝的故事之間取得平衡。雖然主題圍繞著抽象的幾何,但書中穿插的案例,從古代的城邦規劃到現代的網路架構,都展現了作者深厚的跨學科知識儲備。我特別欣賞作者在處理「策略」這個章節時的細膩,策略的制定往往牽涉到空間的佔有和資源的分配,這本身就是幾何學的應用場域。作者沒有落入過度簡化的陷阱,反而細緻地描繪了當決策者在多重約束下,如何「選擇」最有利的幾何配置。這種對決策藝術的數學化詮釋,讓我覺得這本書不僅是知識的傳遞,更像是一種思維工具的傳授,對於想提升決策品質的朋友來說,絕對是值得一讀的入門磚。

评分

閱讀的過程中,我發現作者在論述時,特別強調了「隱藏的幾何學」這個概念,這讓我聯想到以前學過的拓樸學或是圖論,但本書似乎將這些工具應用到了更貼近日常生活的層面。舉例來說,在探討「民主」的章節時,我很好奇作者是如何用幾何的語言來描繪選票的分布或者權力的結構,這絕對不是單純的圓餅圖或長條圖可以概括的。我猜測,作者可能引入了高維空間的概念,來解釋不同意見之間的複雜關係,或者用某種拓撲結構來分析社會群體的穩定性與變動性。這種將抽象的數學模型具象化到社會科學領域的做法,對我來說是一種智力上的挑戰,但同時也提供了理解世界運作模式的全新途徑。如果書中能提供足夠清晰的案例,我想這本書的價值會遠超於一本單純的學術著作。

评分

這本書的封面設計,坦白講,一開始有點吸引我的目光,那種有點抽象又帶著數學感的排版,讓我忍不住想,裡面到底在講些什麼「幾何學」的奧秘。我個人對這類探討事物底層結構的書籍一直很有興趣,尤其當書名橫跨了「資訊」、「生物」、「策略」到「民主」這麼廣的範圍時,我就好奇作者是怎麼把這些看似不相干的領域串聯起來的。我猜測,作者應該是想從最基礎的幾何概念出發,去解釋我們生活周遭看似複雜的現象,也許是想告訴我們,萬物皆有其規律,而這些規律可以用形狀和結構來描述。光是想像這種跨學科的思維跳躍,就讓我覺得這本書的潛力無窮,它不像一般的科普書那樣只聚焦單一領域,而是試圖提供一個更宏觀的視角,這種野心我很欣賞,也期待它能帶來顛覆性的觀點。

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