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香农的解题之法

香农的解题之法

香农的解题方法包括大量的训练和经验、智商、好奇心和建设性不满。他建议简化问题、寻找类似问题、多角度重述、泛化想法、结构分析和逆向思考来解决问题。他的晚年生活较为隐退,但仍对股票市场和发明感兴趣,留下了许多创新和贡献。

这是 1952 年 3 月 20 日 香农给其贝尔实验室同事的一份打字稿,题名为《Creative Thinking》。

它我们提供了一个罕见的窗口,能够窥见这位天才科学家是如何解决问题的。

01解题人的特质

不管你处于任何领域,你都应该具有该领域基本的理论素养。

不管他多么聪明,你不会指望一位律师,现在会给你一个新的物理理论或数学或工程学。

人类的平均智商水平是100,你至少应达到普通人的智商,才能比较好地完成工程或研究。

智商是环境问题,是遗传的问题。

就算你拥有了所有的才能,你还是需要好奇心才能提出好问题。

换句话说,你必须有某种驱动力,某种寻找答案的渴望,一种想知道是什么让事情发生的渴望。

如果你没有那个,你可能拥有世界上所有的训练和智慧,但你没有问题,你不会找到答案。

这是一件很难的事情。

可能是早期训练,早期童年经历,你是否会朝着科学研究的方向前进。

但我的感觉是,优秀的科学家有很多我们可以称之为好奇心的东西。

他只是好奇事情是如何发生的,他想知道问题的答案;

不满足

不是那种对世界的悲观性不满,而是一种建设性不满,一切可以做的更好。

这没关系,但我认为事情可以做得更好。

我认为有一种更简洁的方法可以做到这一点。

我认为情况可以改进一点。

换句话说,当事情看起来不太对劲时,总会有轻微的恼怒;

我认为当今的不满是优秀科学家的关键驱动力。

找到答案时的快乐,一种简单纯粹的快乐

如果我已经尝试一周证明一个数学定理,并且我终于找到了解决方案,那么我会特别开心。

我看到解决工程问题的一个聪明方法,一个使用少量的设备的聪明的电路设计,我得到了很大的安慰。

我认为就动机而言,这可能有点像 Fats Waller 所说的摇摆音乐——“要么你得到它,要么你没有。”

如果你没有得到它,你可能不应该如果您不想知道那种答案,请进行研究工作。

虽然没有这种动力的人在其他领域可能会很成功,但研究人员应该有极强的求知欲,

强烈到根本不在乎是不是5点钟。

他愿意通宵工作以找出答案,如有必要,他愿意在周末工作。

02解题之法

是否有某种方法,可供所有人用于研究和探索?

你面对的几乎所有的问题都充斥着各种无关的信息;如果你能挑出主要矛盾,你就能更清楚地知道你需要做什么。不管是什么问题,香农说,「将其缩小」。他承认,在这个过程中可能会让问题「消失」。但这正是关键,「你可能把问题简化得和当初不太一样;但大多时候你能够解决这个简单问题,你可以将此解决方案不断改善,直到你回到了当初的那个问题。」

当你面临的问题与一个已有答案的问题相类似时,可以将这两个问题相结合,再推断出两者间答案或许能有什么共同之处。说到这里时,香农在黑板上写了一个“P”和一个“S”,分别代表问题和解决方案。他说:“如果你在这个领域里有一定的经验了,你很可能就能找到一个跟P很像的问题,P',以及它的解决方案S',你要做的就是找出P与P'的相似处,再以相同的类比推论出S和S'的相似处。这也是为何在一个工作领域的经验有多么重要,因为如果你经验丰富,你能知道上千种已被解决的问题。你的‘思维矩阵’中会充满了各种相关与不相关的P和S。”

「改变话语,改变观点。……从某些心智障碍中挣脱出来,这些障碍让你以特定的方式看待问题。」换个角度,你可能会找到答案。

当你已经在一个问题上卡了好几个月时,一个对该问题毫无经验的人或许能够帮助你解决这个问题。因为他在这个问题上没有受到任何由时间累积起的思维固化,有的更多的是新颖的观点。

我们自己如何能做到这一点?一种可行的方法是——广泛阅读。香农的「P 和 S」策略之所以能奏效,是因为他有非常丰富的「心智矩阵」。

另一个能帮助研究工作的思维技巧,香农认为,是泛化思想。

事实证明,在最小级别成立的逻辑在更大级别往往也是成立的。这在数学领域非常有用。

「典型的数学理论是从证明非常孤立、独特的结果、特殊的理论发展而来的。但总有人会来泛化它。」

比如把它从 2 维变成 N 维;或是从某种代数演化为通用代数;或是从实数领域变为代数领域。

一旦你找到了解决方案,就花点时间来看看它能延伸到多远。

所以,如果有人在某件事上有了巧妙的解决方案,你应该马上问问自己,「我是否能将同样的原则应用到更多领域?我是否能将这个好主意用来解决更大的问题?是否还有别的地方还可以用这种特别的方法?」

改变观点的一种最为有力的方法就是通过「结构分析」——即将复杂的问题分解成小块。

数学家尤其如此。「数学上的许多证明实际上是通过极其迂回的过程找到的,当一个人开始证明某定理时,他发现他在整个地图上漫游,在证明了许多结果后,似乎并没有指向何处,然而最终会得到问题的答案。」通常,当你完成证明后,也许很容易来简化,即当你达到某一阶段后,你也许会发现过程中往往会有捷径。

当然,这种洞察力并不只限于数学。他的机器和设计工作受益于同样的方法。伟大的工程师将这些挑战视为一系列小巧的步骤。不要着眼于整个问题,要找出其组成部分,并逐个解决。「但当你真正掌握并抓住了问题的本质后,你可以开始裁剪组件,发现一些部件其实是多余的,当初你并不需要它们。」

「对于任何心理思维,做出两个小跳跃总比一个大跳跃容易得多。」

拒绝「一个大跳跃」是 Shannon 早年多产岁月的成功秘诀。

现在我想提出的另一件事是我在数学工作中经常遇到的问题,那就是问题的反演。

如果你不能用你的假设来证明你的结论,那么试想结论已经成立,反过来证明这个假设,看看会发生什么。也许从这个方向证明相对容易,你会发现相对直接的路径。好比你在证明的路上做了个标记,然后反过来看你将如何抵达,也许只需要经历几个不那么困难的步骤。

香农认为如果你们能下意识的将这些技巧运用到解决问题上,在很多情况下应该都会发现问题解决的速度比平时要更快了。我也认为好的研究人员会在不知不觉中使用这些技巧,让这一系列操作自然发生。

03香农的趣事和晚年

20世纪50年代末,在香农开始退出公共生活,

他在20世纪50年代所做的大量工作从未被印刷出版。

他不想让别人替他写论文,他自己也不会写。他不喜欢教书。 他不喜欢讲课。

到了1960年,他甚至连办公室都不来了。

1960年后,香农开始对股票市场感兴趣,认为这是概率论的一个现实世界的实验,有传言说他做得不错。

1978年,香农得了老年痴呆症,在疗养院度过了生命的最后几年;

2001年,去世,留下了妻子、一个儿子和一个女儿,以及两个孙女。

他还对杂耍、独轮车和国际象棋很感兴趣。

他还发明了许多设备,包括罗马数字计算机 THROBAC、杂耍机和喷火喇叭。

他发明了一种可以解开魔方谜题的装置。

更多了解他,可以看香农传

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