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小學(xué)數(shù)學(xué)故事:美國大選(3)

來源:網(wǎng)絡(luò)資源 文章作者:奧數(shù)網(wǎng)整理 2018-11-07 20:01:07

智能內(nèi)容

  實(shí)則不然,只要把上面那個(gè)表中C的名字劃去重新統(tǒng)計(jì)就會(huì)發(fā)現(xiàn),仍然是一票制的情況下,結(jié)果會(huì)變成D高于B高于A,原先得票墊底的D才應(yīng)該拿到這個(gè)offer!

 。ㄊ聦(shí)上,如果你有興趣,可以把退出的人從C換成D或者B或者A,你會(huì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)例子里無論誰退出競爭,剩下的人的得票順序都會(huì)整個(gè)顛倒過來。——當(dāng)然這是精心構(gòu)造的例子,一般說來不至于這么離譜。)

  這個(gè)例子反映了投票制度的“混沌性”,或者說,結(jié)果對(duì)擾動(dòng)的敏感依賴性。大家都知道的一句描述混沌現(xiàn)象的名言是“某地的一只蝴蝶扇動(dòng)翅膀也許會(huì)影響到某一場颶風(fēng)”,那么在這里我們可以說,“某一個(gè)次要競爭者的變化,也許會(huì)影響到重量級(jí)競爭者的崛起或者覆滅。”一個(gè)類似但是復(fù)雜得多的例子是在2008年年初的民主黨黨內(nèi)初選中,希拉里和奧巴馬雙雄鼎立,希拉里略占優(yōu)勢。而愛德華茲一直屈居第三,終于在“超級(jí)星期二”來臨之前的1月底宣布退出競爭,他的退出很快打破了希拉里和奧巴馬的平衡,部分地促成了奧巴馬在超級(jí)星期二之后的十連勝,最終逼得希拉里退選。

  混沌性是由選舉制度本身決定的,但是對(duì)不同的選舉制度來說,其“混沌”的程度有所區(qū)別。關(guān)于排序投票制,D.Saari給出過下面的結(jié)果:對(duì)于三個(gè)以上的候選人來說,大多數(shù)排序投票制都會(huì)容許一些特例使得選舉結(jié)果在某一候選人退出時(shí)發(fā)生所有可能的劇變,只有少數(shù)投票法,例如Borda計(jì)票法,能夠在一定程度上避免這種變化的幅度,例如至少避免原本排名第一的候選人忽然變成排名墊底。

  這看起來像是說Borda計(jì)票法比別的排序投票制都要好,但是這要看是在什么意義上說。畢竟,Borda計(jì)票法要求每個(gè)選民都要對(duì)所有的候選人有一個(gè)完整的傾向排序,這在實(shí)踐中往往是不可能實(shí)現(xiàn)的事情。而且正如上面的結(jié)果所描述的那樣,即使采用了Borda計(jì)票法,也不能從根本上排除混沌的存在。

  事實(shí)上,在投票這件事情上,我們面對(duì)的不僅是簡單的數(shù)字游戲,而是人類社會(huì)最本質(zhì)的問題之一:如何才有可能把社會(huì)中每個(gè)成員的意見,綜合成為一個(gè)社會(huì)的整體意見?有趣的是,對(duì)這個(gè)問題最好的回答之一是以數(shù)學(xué)形式得到的。經(jīng)濟(jì)學(xué)巨擎,1972年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主K.Arrow在他的成名作SocialChoiceandIndividualValues中給出了著名的Arrow定理,在這里考慮的是比投票更為普遍的情況,即如果一個(gè)集體中每個(gè)成員都對(duì)給定的一系列選項(xiàng)(或者候選人)有一組偏好順序,那么一個(gè)“社會(huì)選擇機(jī)制”能夠在多好的程度上得到一個(gè)綜合的排序?換句話說,需要找到一個(gè)函數(shù),把所有人的排序映射為一個(gè)綜合的排序,關(guān)于這個(gè)函數(shù)我們有下面這些自然的標(biāo)準(zhǔn):

  非獨(dú)裁性:這個(gè)函數(shù)的輸出意見不能總是等于同一個(gè)人的輸入意見,也就是說,不存在一個(gè)人的意見總是凌駕于所有人的意見之上。

  帕雷托最優(yōu):如果在每個(gè)人的排序中A都優(yōu)于B,在輸出結(jié)果中A也應(yīng)當(dāng)優(yōu)于B。

  無關(guān)因素獨(dú)立性:如果人們對(duì)C的看法改變了,不應(yīng)當(dāng)影響到結(jié)果中A和B的相對(duì)排序。

  Arrow定理是說,只要有三個(gè)或更多的候選者,就不可能存在一個(gè)函數(shù),或者說社會(huì)選擇機(jī)制,滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。

  這個(gè)定理有很多種通俗的(也是容易引起誤解的)解釋和陳述方式,比如“所有的投票都不公平”或者“唯一理想的決策方式是獨(dú)裁”,等等。但是事實(shí)上通過前面的討論,我們很容易意識(shí)到這三個(gè)條件里最苛刻的是最后一條,即無關(guān)因素獨(dú)立性。前兩條看起來都是很自然的要求(事實(shí)上帕雷托最優(yōu)性也有其爭議性,不過這一點(diǎn)按下不表),只有第三條,我們已經(jīng)看到,受制于投票機(jī)制的混沌特征,是非常難于滿足的。

  這一結(jié)論看似是令人失望的。它意味著我們這個(gè)社會(huì)不僅暫時(shí)還不完美,而且永遠(yuǎn)都不會(huì)完美。正像我們在許許多多別的領(lǐng)域中看到的那樣,這種不完美似乎是造物主的限定,也就是說,它并非出于某種粗糙的錯(cuò)誤,而是理性和邏輯的必然。無論是數(shù)學(xué)中,還是自然科學(xué)中,這樣的例子都數(shù)不勝數(shù)。

  但是也正像許許多多別的領(lǐng)域中類似的例子那樣,正是這些不完美才構(gòu)成了這個(gè)世界的迷人之處。有了對(duì)現(xiàn)實(shí)中的不完美的解剖,和對(duì)更好的理想的無限追求,我們才有了演進(jìn)的動(dòng)力。正如深刻的理解了大洋彼岸這傳奇式的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),我們才能更了解自己前進(jìn)的方向一樣。

  而在這一切之中最迷人之處,則是這樣復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)可以被這樣優(yōu)美的數(shù)學(xué)所描述和論證。——誠然,人們對(duì)這個(gè)課題中的大量細(xì)節(jié)還所知甚少,還有大量的悖論等待澄清,大量的工具等待發(fā)明,但是第一步已經(jīng)走了出去,人們已經(jīng)意識(shí)到,人類的社會(huì)生活本身是有可能在某種程度上被數(shù)學(xué)語言所刻畫和約束的。自上世紀(jì)中葉以來,在這個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)產(chǎn)生了若干位諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主,也誕生了若干深刻漂亮的數(shù)學(xué)成果。社會(huì)科學(xué)和數(shù)學(xué)的交互作用已經(jīng)成為蔚為大觀的潮流。

  而正像D.Saari在一篇名為《數(shù)學(xué)與投票》的文章中所說的那樣,還有更多的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)就在前面等待著,一切還只是個(gè)開始而已。

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