这一期《易学筑基》课上讲到概率论里两个非常重要的数学模型,正态分布和幂律分布,并且我举了一个并不精确,但易于理解的比喻:如果有一个“神”主宰着这个世界,那他很可能是【正态分布】;
说一个东西是神,它至少得有三个特性:第一,合法性,有东西证明你合法;第二,正统性,作为参照系能对所有事情施加影响;第三,主宰性,代表这个世界的底色和归宿。
巧合的是,这三个特性正态分布都有。下面咱们就分别展开说说。

合法性:中心极限定理提供保证
要说一个东西合法,就得有东西给它提供证明。
对于一个政府来说,这个证明可能是宪法;对于一个人来说,这个证明可能是各种证件;而在数学领域,合法性来自于严格的数学证明。只有被证明了,数学家才会说这个东西是合法的。
正态分布有数学证明吗?有的。它就是我们标题里说的“中心极限定理”。
中心极限定理的表达方式有好几种,但核心的数学性质只有一条——大量独立的随机变量相加,无论各个随机变量的分布是怎样的,它们相加的结果必定会趋向于正态分布。换句话说,正态分布是必然产生的。这一点非常类似于《道德经》中对于世界规律的理解:“天之道,损有余而补不足”(“人之道,损不足以奉有余”则可以与【幂律分布】所表达的精神内涵相比较)
而这个证明源于严格的数学推导,是一定正确的。所以我们可以说,正态分布的合法性,是100%正确的,是牢不可破的。
中心极限定理是怎么来的呢?是谁天才的证明了它呢?这得从数学天才高斯用正态分发现谷神星的故事讲起:
1801年1月,天文学家发现一颗从未见过的天体在天空中缓缓移动。6个星期后,它又消失得无影无踪。现在我们知道它就是谷神星,但在当时,天文学家们是很懵的。仅仅依靠这六周的观测数据,根本没法锁定它的轨道。
最直接的困难就是,观测数据太少了。6周看起来很长,但只占谷神星公转周期的2%,根本没法靠这2%的数据确定轨道。
不过这还是次要的。更重要的问题是,我们在观测的时候会有各种各样的误差,仪器有误差、肉眼有误差、数据记录有误差……如果不能找到误差的规律,这些误差叠加到一起,就可能会让预测偏差非常大。所以这件事的关键就变成了,寻找这些各种各样的误差中存在的规律。
虽然科学家们知道,误差都有正常范围,同一种误差,特别大和特别小的概率都很低。但不同类型的误差叠加起来是什么样,科学家一直不清楚。大数学家拉普拉斯也是卡在了这个问题上。
高斯是怎么解决的呢?
首先,他做了个大胆的猜测,假设误差分布的最大可能性就等于这些误差的平均值。然后,再想办法找满足这个假设的函数。结果意想不到的事情发生了,恰好满足这个假设的函数只有一个,就是我们现在看到的正态分布公式。高斯就是基于这个正态分布公式,算出了谷神星的位置,名声大震。德国为了纪念高斯,把他的头像印在10马克面值的法币上,头像旁边大家可以看到就是著名的正态分布函数图:

坦白地讲,高斯这个推导过程逻辑上是有些问题的。
首先,他假设误差的最大可能性恰好等于平均值,推导出了正态分布公式;接下来,他又用正态分布公式计算出,误差的最大可能性恰好等于平均值,然后才有后面的计算。这多少有点循环论证的意思。所以很多科学家说,高斯是猜到了上帝的意图。注意,是“猜到了”。就从这个事情上来说,高斯本人和高斯推导正态分布这个事儿都属于人类历史中的【幂律分布】,关于【幂律分布】可以阅读另外一篇文章:
现在,让我们回到数学家拉普拉斯这里,看到高斯的正态分布公式后豁然开朗,最终用严谨的数学推导出了中心极限定理。也就是说,不仅证明了正态分布产生的方式,还揭示了正态分布普遍存在的原因。
换句话说,中心极限定理是因,正态分布是果。因为中心极限定理存在,所以正态分布才必然正确。
打个比方,高斯提出的正态分布公式像喜马拉雅山,而拉普拉斯的中心极限定理就像青藏高原。没有青藏高原这个坚实的基础,喜马拉雅山可能只是一条普通的山脉;有了青藏高原,它一跃成为全球最高耸的山脉。因为中心极限定理如此重要,所以它和大数定律一起,被称为概率论的两大“黄金定理”。
合法性,是神之为神的基础。中心极限定理就为正态分布提供了严格的合法性保证。由于这个保证来自于数学证明,所以说是无懈可击的。
正统性:正态分布是所有分布的参照系
之所以说正态分布是概率分布的神,还有第二个原因——正统性,它建立了一套稳定的秩序,就像参照系一样,对所有的事物施加影响。
在统计学中,当我们不知道某个随机事件服从什么分布的时候,最常见的方法就是假设它服从正态分布,然后再用数据验证。
为什么要假设它服从正态分布呢?
一方面,是由于正态分布非常常见,所以假设一个随机事件服从正态分布,比假设其他分布的成功率更高。
另一方面,是因为正态分布能像神一样,给我们指明分析的方向。
比如,如果我们验证后发现,这个随机事件不服从正态分布,那它就一定不满足正态分布背后的中心极限定理。而不满足中心极限定理,我们就能知道——要么是它的影响因素不够多,要么是各种影响因素不相互独立,要么是某种影响因素的影响力太大等等……这时候,接下来的研究也就有了明确的方向。
你看,正态分布就像一个标准、一个参照系,服从正态分布,可以直接用它分析;不服从正态分布,也避免不了跟它比较,并且沿着它为人类指明的方向继续探索。这种正统性,是不是很有神的气质?
主宰性:正态分布是世界的宿命
当然,要成为神,只有合法性和正统性还是不够的,还得具备第三个性质——主宰性,得有能力主宰世界。而在数学家们看来,正态分布确实是世界的主宰。
为啥这么说呢?可以从三个层次来看。
第一, 正态分布普遍存在。
中心极限定理告诉我们,只要随机事件有很多独立的因素共同作用,无论每个因素本身是什么分布,这个随机事件最终都会形成正态分布。所以说,正态分布具有普遍的意义。
世界上为什么会有这么多正态分布?就是因为很多事情都是多个随机因素共同作用的结果。
比如,影响人身高的因素很多,营养、遗传、环境、族裔、性别等都有影响,这些因素的综合效果就使人的身高服从正态分布。影响考试成绩的因素也很多,自身的能力、家庭教育、智商、专注力,甚至考前的情绪、身体状况等也都有影响,但当这些因素加在一起,考试成绩就服从正态分布。
第二,所有分布最终都会变成正态分布。
因为任何分布叠加最终都会形成正态分布,所以无论是对数分布还是幂律分布,无论是指数分布还是其他任何分布,只要自身不断演化,不断自己叠加自己,最终也一样会变成正态分布。或许我们可以这么说,所有的分布,不是正态分布,就是在变成正态分布的路上。
当然,现实世界里,影响一个随机事件的各种因素,不可能完全是理想状态下的相互独立,而是相互交缠、互相影响的,所以一切都还在演化的路上,所以我们身边依然存在各种各样的其他分布。
正态分布很普遍,所有的分布都会变成正态分布,这已经表明正态分布的主宰性了吧?不。更重要的理由是——
第三,正态分布是世界的宿命。
在中心极限定理之后,信息论领域发现了“熵最大原理”。也就是说,在一个孤立系统中,熵总是在不断增大。而巧合的是,正态分布就是所有已知均值和方差的分布中,信息熵最大的一种分布。如果熵不断增长是孤立系统确定的演化方向,那熵的最大化,也就是正态分布,就是孤立系统演化的必然结果。
也许,正态分布就是被上帝选择出来的,就像光选择最短的路径传播、引力场物体沿测地线运动一样,没有什么道理可言。按照正态分布的钟形曲线分布和演化,就是每个随机事件的必然宿命,好像冥冥中自有定数。
这正是正态分布的奇妙之处。很多看似随机的事件,竟然都服从一个如此简单的分布;而任何复杂的分布,最终也都会变成正态分布。就像是上帝的有意安排,主宰着一切,让你在纷繁复杂的世界背后,看到隐隐的秩序和最终的未来。无论是西方的数学,还是东方的术数,都是在尝试用模型去窥探上帝的安排。
阴阳学说中强调对立统一(如昼夜、寒暑)的动态平衡,两者相互转化且总体趋于和谐。这种“两极并存、中间调和”的哲学观,与正态分布围绕均值对称分布的特点有象征性呼应。两者均体现极端情况(阴阳两极/分布尾部)的有限性和中间状态的普遍性。
但这种中西方的关联更多是哲学思想与数学规律的隐喻性对照,而非严格的学术等价。易学与玄学注重象征、整体性与模糊逻辑,而概率论依赖数学模型与精确计算。两者的相似性体现在对“多因素作用导致稳定结果”“极端与常态并存”等宏观规律的观察,但方法论和目的截然不同。
这种跨文化比较的意义在于,通过现代科学视角重新诠释传统思想,发掘其隐含的系统思维,而非证明古代理论具有现代科学性。
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