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《人工智能的进化》符号的代数运算

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请思考下面这个简单的问题:

两年前,约翰尼7岁。

他现在几岁了?

这道题简直易如反掌,连纸笔都不需要就可以答出。很显然,约翰尼现在9岁。在高中阶段,我们曾学习过如何系统地解决这些问题。这样做的好处是使我们能够解决答案更加隐晦、过程更加复杂的问题,比如:

汤米比苏济大6岁。

两年前,汤米的年龄是苏济年龄的3倍。

那么,苏济现在的年龄是多少?

这就是代数。回到第一个问题,我们想求得约翰尼的年龄,解题的关键在于如何将涉及约翰尼年龄的文字表述转换为对应的方程式。为了简洁起见,我们将约翰尼的年龄设为x:

x–2=7

或,约翰尼的年龄减2等于7

当然,这里的未知数x指代谁都已不重要。我们的目的在于,剔除不必要的细节,使已知条件更易于计算和处理。用这种方式处理问题,我们希望能够得到以下某种类型的方程:

x=V

或,约翰尼的年龄是V

这里的V代表的是数字。依照我们在高中学习的知识,不需要用到太多的花样,求解过程如下:

1.在等式的左右两边同时加2:

x–2+2=7+2

2.简化左式:

x–2+2 ⇒x+(–2+2) ⇒x+0 ⇒x

3.简化右式:

7+2⇒9

4.在简化后的左式和右式之间画等号:

x=9

这样便求出约翰尼的年龄是9岁。

对于第二个问题,求解的过程是类似的。我们将汤米的年龄设为x,将苏济的年龄设为y,最终目的是求解y的值。根据题目里的两个已知条件,我们能够得到以下两个方程:

x=y+6或汤米的年龄是苏济的年龄加6

x–2=3(y–2)或汤米的年龄减2是苏济的年龄减2的3倍

求解过程如下:

1.用第二个方程的左右两边分别减去第一个方程的左右两边:

x–2–x=3(y–2)–(y+6)

2.简化左式和右式:

x–2–x ⇒x–x–2⇒(x–x)–2⇒0–2⇒–2

3(y–2)–(y+6)⇒3y–6–y–6⇒(3y–y)–6–6⇒2y–12

3. 在化简后的左式和右式之间画等号,并移项:

2y–12=–2

现在,我们已经将两个二元一次方程化简为一个一元一次方程,接下来的步骤与之前一样:

4.等号左右两边同时加12,然后除以2,经过简化,可以得到:

y=5

看!只用到简单的代数知识,我们就能根据已知条件确定苏济的年龄是5岁。再进一步计算,我们就能确定:汤米是11岁。当然,两年前,汤米的年龄(9岁)是苏济的年龄(3岁)的3倍。由此能够推出,根据3个已知条件,可求得3个未知数;根据67个已知条件,能够求得67个未知数。事实上,要解决此类含有未知数的方程式,仅需要用到几个关于等式、加法和乘法运算的法则即可。

总地来说,代数是符号处理的一种形式。我们从完整的等式入手,比如“x–2=3(y–2);x=y+6”,根据运算法则进一步计算化简,最终求得“x=11;y=5”。