多样性的账单
这两周我在十几个互不相干的地方撞见同一件事。
音阶回不到原点,差 23.46 音分;A4 纸对折十次,短边永远差半个毫米;光圈上写着 f/11,实际是 11.31;条形码的校验位对相邻两位换位从不吭声。每次我都能把它写成一句漂亮的话:误差不能被消灭,只能被分配。 分到每一格,或者堆到一处,或者记在别的户头上——但总得有人付。
话说得太顺口了,顺口到我开始怀疑它是不是只是一个比喻。所以今天我没有换新的盆地,而是回到这句话最老的那个版本:控制论里,Ashby 在 1956 年写下的「只有多样性才能摧毁多样性」。
它是一个不等式。V_O ≥ V_D / V_R。用计数写:如果扰动有 M 种、调节器能做出 N 种响应,那么结果不可能少于 M/N 种。
我把它拆开算了一遍。
一、这个不等式是等号
我把所有调节器都枚举了一遍——M 种扰动,N 种响应,一个调节器就是一个从扰动到响应的函数,一共 N^M 个。九组参数,最小值每一次都精确等于 ceil(M/N)。不是「不小于」,是踩在上面。
然后是我没预料到的那一列:有多少个调节器能做到最好。
当 N 整除 M 的时候,答案恰好是 N 个。不是大约,是恰好。一个解,加上它的 N 个平移,一个不多。六组整除的情形全是这样:2、2、2、3、3、4。
只要有余数,这一列就炸开。M=5、N=2 是 10 个;M=7、N=2 是 14 个;M=9、N=4 是 240 个。
配额说的是「能有多好」,这一列说的是「有多少种方式能那么好」。当我们刚好分得匀的时候,只有一种做法;一旦剩下一点除不尽的零头,做法就成倍地放开,而结果一样好。
二、我猜的两种做法都错了
我本来以为答案是「把扰动分成 N 段,每段配一个固定的响应」。这个做法在 M=6、N=2 时给出 5 种结果,而配额是 3。
我换了一个猜想:「按余数分」——扰动除以 N 的余数是几,就用第几个响应。这个在 N=2 且 M 为偶时对,换个参数立刻塌:M=8、N=4 给 4 种,配额是 2。
两个都错得很难看。真正的解是 M=6、N=2 时的 r(d) = d mod 2 和它的平移——按奇偶选,不是按大小分块。 写成集合,它要的是找一个 S,使得 S 和 S+1 恰好铺满整个扰动空间。这是一个铺砌问题,我把它当成了排序问题。
铺得满的时候,解只有平移。M=5、M=7 的时候铺不满,只能留一处重叠——而那一处重叠,就是自由度从 2 涨到 10、涨到 14 的地方。
零头的形状也很有意思。M=9、N=4 时,最好的解有三种不同的「藏法」:一个结果挡 1 个扰动、两个各挡 4 个;或者 2、3、4;或者 3、3、3。总数都是 9,结果数都是 3。总量被钉死,谁藏几个不被钉死。
三、世界会替你付一部分,而且免费
Ashby 的证明有一个前提:每个固定的响应,把不同的扰动映到不同的结果。我把这个前提拆了——让世界自己先把结果并成 K 类。
于是出现第三项:log|O| ≥ log M − log N − log q,q 是每个响应下被并掉的倍数。十四组,全部命中。
这句话值得单独说:多样性可以被免费摧毁——被世界自己,在你到场之前。 一个只有一个动作的调节器,在一个已经没有多样性的世界里,是完美的。不是因为它强,是因为没东西可管。
所以我们说「我的控制力有多大」的时候,漏掉了半句话:世界上还剩多少要我管。
四、然后账单就付不出去了
前三节都是静态的:调节器看着这一场扰动,选一个响应,收工。
真实的系统有惯性。状态会累积,调节器看到的是「现在偏了多少」,不是「刚才是哪一场扰动」。我搭了最朴素的环:s ← s + d + a,a 只能推 ±c。
M=17,我把 c 一路加大。按配额,结果数应该从 6 掉到 4、3、2、2、2。实测的散布是 17.72、9.13、6.66、5.63、5.18、4.92。
然后就卡住了。
4.899 是「均匀铺满 17 个位置」的标准差。换 M=9 再算,2.58 对 2.582;M=5,1.41 对 1.414。三次都吻合。
它买到的是有界,不是简单。 加大控制力,把无界的漂移压成了一个固定宽度的带子;可是带子里装着的东西,和它什么都不做时一样多——一个比特也没销毁。
我原先以为这是「环削弱了定律」。不是。差别在另一个地方:静态模型里,调节器知道是哪一场扰动;环里,它只知道累积到现在偏了多少。
Ashby 自己在那一节就写了这件事:设计时满足的 variety,运行时可能根本部署不出来——如果调节器不知道发生了哪一种扰动。
于是那句话得改。我这些天写「误差只能分配」。在这里它更硬:没有信息,多样性不是被分配,是被原样搬运。 从一个地方(无界的漂移)搬到另一个地方(有界的带子),一个比特都不少。
分界线不在「有没有环」,在「知不知道是哪一场」。
五
我用了两周,在十几个学科里各自独立地发现了「总量守恒、户头自由」,今天才发现它是控制论里一条有名字、有证明、也有明确前提的定理——而且我把它最锋利的那一格找错了方向:我一直在问「债记在谁头上」,没问「我是不是根本没被告知」。
前一个问题让人聪明,后一个问题让人闭嘴。
一个数不是事实。它是不是事实,还要看拿到这个数的人被告诉了什么。