美国斩杀线为什么刚好在 1/e 附近?

注意力非常惊人,堪比拉马努金。

多说一句,这个统计数据接近 37% 多半是一种巧合。

因为拿不出 400 美元这个数据每年都在变,且不见得 400 美元就是斩杀线。

但是很多情况下出现 37% 跟 1/e 倒真是有关系。

要了解这个,我们先要来了解一下,什么是自然底数 e?

$e≈2.71828182845904523536…$

e 是一个超越数,是指一种不可以作为某个代数方程的根的实数或复数。

e 这玩意看起来一点都不 「自然」,它到底是什么自然的底数?

别慌,我们画个方程:

$y= e^x$

嗯,平平无奇嘛,不着急,我们把它换成极坐标:

$ \在极坐标中,x = \cos(\theta) 和 y=sin⁡(θ),因此: sin⁡(θ) = e^{\cos(\theta)} $

这个图像眼熟了一些吗?

是不是很接近自然界的各种螺线?

大自然的对数螺旋

在几种自然现象中,你会发现几乎是对数螺旋的曲线。比如:

  • 鹰找到猎物:他们最清晰的视野与他们的飞行方向有一定的角度。这个角度与对数螺旋的夹角相同。
  • 昆虫到光源:它们习惯于将光源与飞行路径保持恒定角度。通常,太阳 (或夜间物种的月亮) 是唯一的光源,以这种方式飞行将导致几乎直线。 但是人造光源离得太近,虽然它们夹角恒定,但是会导致越飞越近造成飞蛾扑火的现象。
  • 螺旋星系的臂。我们的银河系,有几个螺旋臂,每个螺旋都大致是一个对数螺旋,螺距约为 12 度。
  • 角膜神经 (这是几种不同动物的角膜神经,以对螺旋模式在角膜的浅表皮层附近终止) 。
  • 热带气旋,例如飓风。
  • 许多生物结构,包括软体动物的壳。

由此可见 e 在自然界存在非常广泛,但是这还不是它叫做自然底数的原因。

e 是这样定义的:

$当 n 趋近于无穷大时,(1 + 1/n)^n 的极限, 即 e = lim_{n→∞} (1 + 1/n)^n$

它之所以叫自然底数,源自它那古希腊哲学一般的形式美感:e 的一个重要性质是它是唯一一个使得其导数等于自身的数。也就是说:

$函数 f(x)= e^x 的导数 f′(x) 也等于 e^x$

这使得它在微积分和数学分析中非常重要。

简单来说,我们可以认为 e 的本质是连续不断的增长 (或衰减) 。

现实世界中,极少有事情是像光电效应一样到一定数值才激发,大多数事情 (细菌分裂、谣言传播、资产增值) 是每分每秒都在发生的。所以用到 e 的地方会很多。

比如假设你有 1 块钱,银行很大方,年利率 100% 。

一年结一次息: 年末你有 2 块钱。

半年结一次息,到了年底你就有 :
$(1+1/2)2=2.25(1+1/2)2=2.25$
每天结一次息,到了年底你就有 :
$(1+1/365)365≈2.714(1+1/365)365≈2.714$

要是银行用电脑给你每秒、每毫秒、连续不断地结息呢?

那到了年底你就有 $\lim_{n \to \infty} (1 + \frac{1}{n})^n = e \approx 2.71828… $

这就是这就是连续复利公式的由来 :

$A = P ⋅ e ^r t $

它告诉我们,靠 「利滚利」 的频率来增加财富是有天花板的。

你在一年的时间里不能通过无限次地结算利息来把 1 块钱变成 100 万,宇宙的极限锁死在了 2.718 倍左右 (在 100% 利率下) 。

那么,复利增长可以用 e,价值衰减能不能用 e 呢?

也是可以的。

我经常在网上买二手的东西电子产品,会发现一个有趣的现象。

所有新的电子产品,只要拆开激活使用就开始贬值,不管你是用一次还是十几次,都会跌一个让你肉疼的价格,大几千的新机器,使用几次后不是你降价几十或者 100 块钱就能卖出去的,比如我买了一个 12 月 1 日才激活仅使用过一次的无人机,原价 1500,卖家最终 1200 出售。

大多数电子商品使用一年左右,价格会跌到原价的一半以上。

但是你这个时候买二手的再用两个月,价格不会变成原价的 1/4,而是依然能以差不多始发价半价卖出去。

其实仔细算算并非一半,而是接近 36.8%,也就是 e 的倒数 1/e 。

举个例子,你今天买了一个一万的新苹果手机,但是你打开激活的一瞬间就开始贬值了。

你支付的购置税、保修、新手机溢价等费用,在转手时没人会考虑。

这部分贬值是即时且剧烈的,通常在第一个月就能损失原价的 10% 到 20% 甚至更高。

也就是说不管你是开了一周还是一个月,要卖的话估计都要有 10% 左右的跌价损耗。

过了这个剧烈衰减期间,后面价格的变化就按照指数衰减:

$V(t) = V_0 \cdot e^{-kt} $

V 指的是商品的初始价值 (比如新车的购买价) 。

k 衰减率常数。这个值越大,商品贬值越快。

这个公式意味着你买的商品的价值不是固定数量的减少,也不是固定百分比的减少 (比如每年都减少几千块钱),而是每单位时间减少一个固定百分比。而正是这种 「连续复利式」 衰减的数学基础。

假如我们取 k=1,单位时间一年,也取做 1 。

那么我们的苹果手机一年后会贬值到原价格的 1/e,就约等于 36.8%

当然,现实生活中苹果贬值没这么快,这里单位时间要久一点。

我这里找了一个我 2021 年买的苹果 12:

当时的价格是 4879,如果我现在放到二手平台能卖多少呢?

最近的最高成交价是 1807 左右 (且品相完美),意味着高于这个价格可能就很难卖出了。

那么这个价格就是 1807/4879≈37%

看,我们的 37% 出现了!

很有趣是吧。

只要增长或者衰减是连续的,我们总是很容易的能找到 e 能见缝插针的地方。

所以回到我们的斩杀线上。

37% 的概率恰恰是数学上的最优停止理论。

这其实跟苏格拉底捡麦穗是一样的概率。

相传,苏格拉底的三个弟子曾向他请教如何找到最理想的伴侣。

苏格拉底并未直接回答,而是让他们走进一片麦田,要求他们分别从中选择一支最大的麦穗,且只能摘一次,不能回头。

第一个弟子刚走几步就摘了一支自认为最大的麦穗,但后来发现后面还有更大的,于是遗憾不已;

第二个弟子则一路犹豫不决,最终空手而归;

第三个弟子则吸取前两人的教训,他先观察麦穗的大小,分出大、中、小三类,然后在最后三分之一的路程中果断选择了比参照物更大的麦穗,最终满意而归。

假设一共有 N 个麦穗 (可以预见,N 这个数字很大) 如果你随机选,选中的概率是 1/N

如果你把所有麦穗都看完,你只能选最后一个,但它未必是最大的。

数学家的策略 (37% 法则):

你应该把前 37%(准确地说是 1/e) 的数据作为 「观察样本」 。

对这前 37% 的麦穗,无论多大,统统不要,但记下它们中最大的一个 X

从第 37% 个麦穗之后开始,一旦遇到一个比 X 大的麦穗,立即采下来,能确保你采的麦穗在策略上是最大的。

数学证明,使用这个策略,你选中最大麦穗的概率,竟然也刚好是 37%(准确地说是 1/e) 左右。

这说明 37% 就是在不确定性面前,人类能达到的数学极限。

也就是说,斩杀线 37% 可能确实是巧合,但是如果我们真打算淘汰一些人,留下那些比较好,那么淘汰最底下的 37% 可能就是社会达尔文丛林里给出的终极答案了。

抽卡也是同样的道理,当样本量足够大 (趋向于无穷大) 时,如果你有 1/n 的概率中奖,尝试 n 次,你一次都中不了的概率,就是 1/e,也就是 36.8% 左右。

也就是说 1/100 的抽中概率,你抽 100 次一次也不中的概率居然高达 36.8%,正因为如此,游戏厂商才要设置保底,免得你卸载游戏。

自然底数 e 就是这么神奇啊~

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