統計,改變了世界

發稿時間:2011/03/05
統計,改變了世界
統計,改變了世界
作者|薩爾斯伯格
譯者|葉偉文
出版社|天下文化
出版日期|2001/11/20

  現代人們對當代所有事物的形容與描述,幾乎已經是不用統計就不夠科學了,但在半個世紀到一個世紀以前還不是如此。美國統計學博士薩爾斯伯格寫的《統計,改變了世界》,就是一本與統計有關的科普書,介紹二十世紀以來統計學在科學上的應用以及如何延伸並影響了社會科學。

  這本書英文書名相當有趣,譯成中文是《喝茶的女士》,因為1920年代發生在英國一個下午茶的故事,與統計有關,與統計學發展也有很大關連。當時一位女士堅稱奶茶泡製順序不同會影響茶的風味,在場統計學家費雪立即做實驗,將先放茶或先放牛奶的奶茶,一杯又一杯地端給這位女士品嚐,據說女士完全猜對。

  作者指出,費雪後來寫書闡述實驗設計加入統計概念的重要,以奶茶為例,受到水溫、端茶時間長短而有不同味道,其中隱含了機率概念,若想找出想要的結果,就要多做幾次實驗,加入或然率,實驗結果比較可靠。這本書就是透過一個又一個故事,談論統計學在過去半個世紀來如何影響科學。

  書中指出,應用統計的實驗設計方法已廣泛用在流行病、經濟學與各種製造業,例如想找出那一種農藥較有效?就要用不同的肥料分別撒在不同的農地上,再比較長出來的結果,還須反覆實驗,歸納出不同肥料的效果。和以前科學家做實驗只看一次的結果相比,現在實驗一定要多找些樣本,統計學可說是改變科學實驗的重要關鍵。對統計有興趣,不介意多看公式的人來說,這是一本重要的科普書。

文章節錄

《統計,改變了世界 The lady tasting tea: how statistics revolutionized science in the twentieth century》

淑女與下午茶

  一九二○年代後期的一個夏日午後,一群大學研究員與他們的女眷及訪客,正坐在英國劍橋的戶外餐桌旁,悠閒地享受著下午茶。忽然有位女士堅稱,下午茶的調製順序對風味有很大的影響,把茶加進牛奶裡,和把牛奶加進茶裡,兩者喝起來完全不同。席間那些有科學頭腦的紳士們都對這種說法嗤之以鼻,怎麼會不一樣?他們完全無法理解兩種混合結果的化學成分會有什麼差異。但是有個身材瘦小、嘴上的小鬍子已開始變灰白的紳士卻緊抓住這個問題。

  他很興奮地說:「我們來檢定這個命題。」並立刻著手準備實驗。他調製很多杯不同的茶,有些先放茶水再加牛奶,有些先放牛奶後加茶水,然後一杯杯拿給那位主張味道不同的女士分辨。

  走筆至此,我想有些讀者會對這項實驗不以為然,認為只是夏日午後的一個小消遣,他們可能會說:「這位女士能不能分辨不同茶湯的風味有什麼關係?這種芝麻蒜皮的小問題根本沒有科學價值,這些人應該把聰明才智放在一些對人類社會有貢獻的重要事情上,不應該不務正業,浪費時間。」

  不幸的是,不管外行人如何看待科學與科學的重要性,依照我的經驗,大部分的科學家之所以從事研究工作,是對結果感興趣,以及能從研究過程中獲得知性的刺激與滿足。優秀的科學家很少是基於成果的重要性而努力工作的,在劍橋的那個晴朗夏日午後也是一樣。那位女士可能分辨得出不同的茶,也可能分辨不出,但其中的樂趣在於找出一種方法來判斷她的說法對不對,於是在「小鬍子」的指導下,大家開始討論該如何進行判斷。

  很多人都熱心參與,協助小鬍子設計實驗的飲料,幾分鐘內,他們就採用很多不同的方法調製茶,準備給那位女士品嚐,但她並不知道每杯茶的調法。最後,答案揭曉的時刻來臨,小鬍子端給她第一杯茶,她啜了一口,然後宣稱這一杯是先放茶再加牛奶。小鬍子記下她的說法,不發一語地再送上第二杯茶……

>> 科學研究要靠合作

  我是在一九六○年代末聽到這段故事的,而告訴我這個故事的人那天下午也在場。他就是史密斯(Hugh Smith,但他都以H. Fairfield Smith這個名字來發表科學論文),我認識他的時候,他是康乃狄克大學的統計學教授,而我則是在那之前兩年,拿到該校的統計學博士學位。在賓州大學教了一陣子書之後,我進入輝瑞大藥廠(Pfizer)的臨床研究部門服務,輝瑞是個大型的製藥公司,研究園區設在康乃狄克州的格羅頓(Groton),離康大所在地的史托爾斯(Storrs)大概只有一小時的車程。我在輝瑞負責處理很多困難的數學問題,當時我是他們僅有的統計學家,必須對他們把這些數學問題說清楚、講明白,並提出我的「解決方案」。

  在輝瑞工作期間,我發現幾乎沒有任何科學研究工作可以獨力完成。科學研究通常需要集眾人的心力,因為太容易犯錯了;當我拿某個數學公式解決一個問題時,所用的模型有時並不恰當,或者我所給的假設不對,或是我找到的「解」是由方程式裡有問題的部分推導出來的,甚至我有可能在演算過程中出錯。

  每當我去康乃狄克大學與史密斯教授討論事情,或在輝瑞與公司內的藥理學家及化學家坐在一起談論某些問題時,他們通常都會欣然接受我所提出的問題,並熱烈而興致盎然地與我討論。科學家在工作中最感興趣的,就是解決問題時那種興奮的感覺,他們在處理並設法瞭解一個問題時,是非常期盼與別人交流的。

>> 費雪和《實驗設計》

  劍橋那個夏日午後的情形正是如此。留著小鬍子的紳士是費雪(Sir R. A. Fisher, 1890-1962,英國統計學家),當時差不多快四十歲了,後來被冊封為勳爵士。在一九三五年,費雪寫了《實驗設計》(The Design of Experiments)這本書,在第二章就提到那次品嚐下午茶的實驗。在書裡,費雪談到那位女士及她的看法,並把這當做一個假設性的問題。他考慮了各種可設計出的實驗方法,來測試那位女士是否能分辨不同的茶。在設計實驗時碰到的問題是,如果只拿一杯茶給她品嚐,她有百分之五十的機會猜出這杯茶的調製方法,就算她其實分不出來,也有同樣大的機會;如果給她兩杯茶,她還是有機會猜對,事實上,如果她知道這兩杯茶以不同的方法調成,她可能一次就全部猜對(或全部猜錯)。

  同樣的,即使她真的可以分辨其中的不同,她還是有機會弄錯,或是其中一杯的茶與牛奶沒有充分混合,又或者在泡茶的時候,茶水的溫度不夠高,影響了茶的味道。再不然,她可能試了十杯茶,其中九杯都說對了,只有一杯說錯——就算她真的能分辨,這情況還是有可能發生。

  在書裡,費雪討論了這樣一個實驗的各種可能結果,描述該如何決定要準備多少杯茶,依照什麼順序拿給她,是否該讓她知道試喝的順序以及該透露多少。他依照她的答對與否,計算出各項結果的機率。不過,他在這段討論中,從頭到尾都沒提到這種實驗是真正進行過,還是虛構的,他也沒有描述實際實驗的最後結果。

  費雪這本有關實驗設計的書,是二十世紀前半掃過所有科學領域的一場革命的重要因素。早在費雪之前,科學實驗已進行了幾百年;在十六世紀末,英國醫生哈維(William Harvey, 1578-1657)就曾利用動物做實驗,他把不同靜脈與動脈裡的血流塞住,想找出血液由心臟流向肺,再從肺流回心臟,然後流向全身,最後再流回心臟的循環路線。

本網站使用相關技術提供更好的閱讀體驗,同時尊重使用者隱私,點這裡瞭解中央社隱私聲明當您關閉此視窗,代表您同意上述規範。
close-privacy