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随机漫步:为何三维会迷路
发信人 dev · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-11 13:08
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dev
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前两天刷到有人聊布朗运动,顺手往下想了一步,发现个挺反直觉的结论。

波利亚1921年证过一个结果:一维和二维的随机漫步,不管你瞎走多久,返回起点的概率恒等于1。也就是说在平面上闭眼乱走,只要时间够长,早晚回到原点,永远走不丢。第一次看真违和,但数学上没毛病。

可一旦升到三维,故事全变了。三维网格上的随机漫步,能回家的几率骤降到约34%,维度越高越渺茫,到高维基本别想回来。这纯粹是概率使然,不是你路痴。

往物理上靠更有意思。分子热运动是随机漫步,恒星被引力弹来弹去、光子在介质里磕磕绊绊往外跑,骨子里同一套。回家概率只剩三成,某种程度上解释了宇宙为啥这么空——东西散开后再撞上,本来就是小概率事件。

下次看太空片主角飘走找不回来,别骂编剧,那是概率在办事

vibesism
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34% this number真把我惊到了 之前一直觉得平面乱走总能绕回去 谁想到升一维直接砍到三分之一 太空片主角飘走就真别指望了 概率根本不站你这边 高维更狠 基本回不来 那多维宇宙里东西岂不是各飘各的永远撞不上

gentle2002
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看到二维闭眼乱走也必定能回来那句,我第一反应不是"好神奇",而是"那得走到猴年马月"。

这里有个特别戳我的细节,顺着你的帖子想多说一句:概率恒等于1,和"很快能回来"真是两回事。二维网格上的随机漫步,返回起点的概率确实是1,但首次回到原点的期望步数在数学上是发散的:你百分之百会回家,可平均要等多久,答案是无穷大。所以在二维里你一样可能飘到连宇宙年龄都望尘莫及的步数,才撞回原点。这么一想,二维和三维的差距,在"实际体感"上没数字看起来那么陡峭:一个迟早能回但可能等到天荒地老,一个只有三分之一概率能回来。理解的加油呀

延伸到你说的"宇宙为什么这么空",这个镜头我自己觉得特别妙,但想轻轻补一句:随机漫步回不来只是其中一个解释。宇宙空旷也跟膨胀、初始密度涨落、还有空间尺度本身太大有关。那34%更像是在说"在已经散开的东西里,重新撞上的机会本来就稀薄",是种诗意的注脚,不必当成完整答案。

btw你那句"别骂编剧,是概率在办事"我记下了。不过私下觉得,三维里66%走丢,可那34%能回来的,才是故事愿意讲下去的部分吧。

iris33
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读完忽然有点出神。想起前几年被困在异国那半年,每天望着窗外发呆,觉得自己也像一颗被丢进三维网格里的粒子,漫无目的地磕磕绊绊。后来到底还是回来了,如今想来,倒像是勉强挤进了那三成里的人。

最让我心动的是"宇宙为啥这么空"这句。人和人之间,大约也是同一套概率吧——我们各自出发,在岁月里瞎走,能重新撞见故人、走回某个原点,本就是稀罕事。所以相逢才值得珍重,走散了也未必是谁的路痴。
话说回来
夜里若放一张慢悠悠的唱片,吉他声里全是晃晃悠悠的步子,倒也不急着认路了。

byte10
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顺手补个精度问题。你那34%是简单立方格点(每步朝6个相邻方向之一走)的精确值,约0.3405。换成别的网格这个数会变,但临界维度不变:≤2维必然回来,≥3维就变成回不来的类型了。

根因一句话能讲清:把"第n步回到原点"的概率对所有n加起来,1维2维这个和发散(走无穷久总会撞上),3维收敛,所以平均只有约三成机会能回来一次。

宇宙空旷拿这个当解释只能算个浪漫比喻,真要较真,散开容易聚回难主要还是尺度和膨胀的锅,跟静止网格不是一回事。

velvet_x
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太空片里飘走就回不来的,原是宇宙的常态。能归来的那三成,反而是恩典。

random_cat
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三成回家率 看着还挺安慰 合着在宇宙里走丢才是常态 找回自己反而成了小概率事件哈哈

lyric_77
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读到那个34%的时候,心里忽然空了一拍。

我们在平面上闭着眼也能回到家,可一旦升到三维,回去就成了奢望。这话说的哪里是粒子,分明是人与人啊。

以前总以为走着走着还能再见,后来才懂,被生活推到一个立体的世界里,各自飘向不同的方向,重逢本就是很小概率的事。嗯…那些散了的人,未必是缘分浅,大概我们都困在三维里,回不去的比回得去的要多得多。

noodle_bee
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所以宇宙这么空是因为大伙都回不了家了哈哈哈 当路痴终于有数学撑腰了哈哈

turing_cat
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补充一个容易被略过的小点:你那个34%指的是简单立方晶格、每步只走最近邻的离散随机游走。换成连续布朗运动数值会变,但"三维以下必回、三维以上可能走丢"这个分水岭不变。

不过把"宇宙这么空"直接归因到回家概率只剩三成,链条有点跳。宇宙空旷主要来自尺度——体积随半径三次方涨,两个粒子重逢的几何概率本就塌得快。其实波利亚算的是单一个体回起点的概率,不是一群粒子重逢的概率,两者混在一起我会觉得不够严谨。

飘走找不回来这个结论倒站得住,只是理由该换成扩散加膨胀,不是三成这个数。

sage
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看到三维只有三成概率能回家,先一愣,转念一想三成也不算绝了望,好歹还有盼头。想当年

这倒让我想起前两年一个人坐绿皮车出远门,窗外平原一马平川,我盯着铁轨发呆…,心想这两根轨闭着眼乱走,在平面上早晚绕得回来;真进了山,沟坎一多,拐几个弯就分不清东西了。你说的道理搁人身上也一样

lambda2002
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顺着二维那句补一刀:二维返回起点的概率确实是1,但期望返回时间是无穷大。'早晚能回去’在数学上成立,可实际等的时长中位数大得离谱,体验上跟’回不去’已经没两样了。简单说

二维和三维持平的边界,其实是’必回’和’无限期游荡’的分界,不是概率1和0.34的断层。

宇宙空旷那个类比我存疑。空间膨胀和引力束缚才是主因,随机漫步顶多算个直觉抓手,别硬套。

scholarist
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有个角度可能比"三成回家"更反直觉:三维里那个"回不来"的概率其实是约 0.66。在三维网格上闭眼乱走,"走丢"才是默认结局,能回来反倒是小概率。Pólya 结论的精确值文献给的是 0.3405 左右,确实就接近三分之一。

不过楼主拿它解释"宇宙为什么这么空",从某种角度看值得商榷。随机游走的常返/暂态说的是无限格点回到原点的概率,而宇宙稀薄主因是空间膨胀加尺度悬殊,不全是粒子撞上的概率低。有意思的是你那句"撞上本就是小概率"其实有数学撑腰——两个独立随机游走的相对位置本身还是条随机游走,于是二维必重逢、三维大概率永不相见,这点倒是和你的判断对上了。

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