Строки, которые были поставлены в качестве эпиграфа к этой работе: «Так заботлива о типе она кажется, так небрежна к отдельной жизни», вскоре после этого исправляются утверждением, что сам тип, если мы рассматриваем его в течение долгого времени, меняется, а затем исчезает и сменяется другими. Так и в вероятности; то единообразие, которое обнаруживается в долгосрочной перспективе и которое представляет такой большой контраст с индивидуальным беспорядком, хотя и долговечно, но не вечно. Продолжайте наблюдать за ним достаточно долго, и будет обнаружено, что оно почти неизменно колеблется, и со временем может оказаться столь же совершенно не поддающимся правилу и, следовательно, столь же неспособным к предсказанию, как и сами индивидуальные случаи. Полное значение этого факта для теории предмета и для некоторых общих способов вычисления, связанных с ним, проявится более полно в некоторых из следующих глав; в настоящее время мы ограничимся лишь очень кратким установлением и иллюстрированием его.
Возьмем, например, среднюю продолжительность жизни. Это, при условии, что наши данные достаточно обширны, как известно, довольно регулярно и единообразно. Этот факт уже был указан в предыдущих разделах и является истиной, которую популярный ум довольно ясно улавливает в наши дни. Но очень небольшое размышление покажет, что может существовать как верхний, так и нижний предел степени, в которой это единообразие может наблюдаться; другими словами, хотя мы можем впасть в ошибку, взяв слишком мало случаев, мы можем также не достичь нашей цели, хотя и совсем по-другому и по совсем другим причинам, взяв слишком много. В настоящее время средняя продолжительность жизни в Англии может составлять, скажем, сорок лет; но столетие назад она была определенно меньше; несколько столетий назад она была, по-видимому, гораздо меньше; в то время как если бы мы обладали статистикой, относящейся к еще более раннему населению страны, мы, вероятно, обнаружили бы, что с того времени произошло еще более заметное улучшение. Какова может быть будущая тенденция, никто не может сказать наверняка. Может быть, и мы надеемся, что так оно и будет, что благодаря санитарным и другим улучшениям продолжительность жизни будет неуклонно расти; по крайней мере, мыслимо, хотя, несомненно, невероятно, что она будет делать это без предела. С другой стороны, и с гораздо большей вероятностью, эта продолжительность могла бы постепенно стремиться к некоторой фиксированной длине. Или, опять же, вполне возможно, что будущие поколения предпочли бы короткую и веселую жизнь и, следовательно, уменьшили бы свою среднюю долговечность. Продолжительность жизни не может не зависеть в некоторой степени от общих вкусов, привычек и занятий людей, то есть от идеала, который они сознательно или бессознательно ставят перед собой, и был бы безрассудным человек, который взялся бы предсказать, каким будет этот идеал через несколько столетий. Все, что здесь необходимо, однако, указать, это то, что это конкретное единообразие (как мы до сих пор называли его, чтобы отметить его относительный характер) варьировалось и, под влиянием будущих вихрей в мнении и практике, может варьироваться до сих пор; и это в любой степени и с любой степенью нерегулярности. Чтобы заимствовать термин из астрономии, мы находим наше единообразие подверженным тому, что можно было бы назвать нерегулярным вековым изменением.
§ 11. Вышеприведенное является справедливым типичным примером. Если бы мы взяли менее простую черту, чем продолжительность жизни, или менее тесно связанную с тем, что можно назвать по сравнению с этим великими постоянными единообразиями природы, мы обнаружили бы особенность, находящуюся под наблюдением, проявленную в гораздо более поразительной степени. Смерти от оспы, например, или случаи дуэлей или обвинения в колдовстве, если их исследовать в течение нескольких последовательных десятилетий, могли бы показать очень сносную степень единообразия. Но эти единообразия поднялись, возможно, с нуля; после различных и очень больших колебаний, по-видимому, снова стремятся к нулю, по крайней мере в этом столетии; и могут, насколько мы знаем, претерпеть еще более быстрые колебания в будущем. Теперь эти примеры должны рассматриваться как лишь крайние, и не такие уж крайние, того, что является почти всеобщим правилом в природе. Я постараюсь показать, что даже немногие кажущиеся исключения, такие как пропорции между рождениями мальчиков и девочек и т. д., могут не быть, и, вероятно, в действительности не являются, строго говоря, исключениями. Тип, то есть, который должен быть в самом полном смысле слов постоянным и неизменным, едва ли можно найти в природе. Полное значение этого вывода будет видно в будущих главах. Внимание здесь направлено только на важный вывод, что, хотя статистика, как известно, не имеет никакой ценности, если она не в достаточном количестве, тем не менее не следует, что в определенных случаях мы можем иметь ее слишком много. Если она сделана слишком обширной, она может снова оказаться недостаточной, по крайней мере для любого конкретного времени или места, для своей величайшей достижимой точности.
§ 12. Эти естественные единообразия, таким образом, оказываются в конечном счете подверженными колебаниям. Теперь противопоставьте им любые единообразия, предоставляемые азартными играми; последние, по-видимому, не показывают никаких следов векового колебания, как долго бы мы ни продолжали наше исследование их. Критика будет предложена в ходе следующих глав на некоторые из обычных попыток доказать априори, что должна быть эта фиксированность в единообразии, о котором идет речь, но в его существовании едва ли может быть много сомнений. Пенни дают орлов и решек примерно одинаково часто сейчас, как они делали, когда их впервые подбрасывали, и как, мы верим, они будут продолжать делать, пока продолжается нынешний порядок вещей. Фиксированность этих единообразий может быть не столь абсолютной, как обычно предполагается, но никакое количество опыта, которое нам нужно учитывать, вряд ли в какой-либо заметной степени помешает им. Отсюда очевидный контраст, что, тогда как естественные единообразия в конечном счете колеблются, те, что предоставляются азартными играми, кажутся фиксированными навсегда.
§ 13. Вот, таким образом, серии, по-видимому, двух разных видов. Они похожи в своей начальной нерегулярности, похожи в своей последующей регулярности; именно в том, что мы можем назвать их конечной формой, они начинают расходиться друг от друга. Одна стремится без какого-либо нерегулярного изменения к фиксированной численной пропорции в своем единообразии; в другой единообразие оказывается в конце концов колеблющимся, и колеблющимся, может быть, способом, совершенно не поддающимся правилу.
Поскольку эта глава призвана быть немногим более чем объяснительной и иллюстративной основ науки, здесь можно сделать замечание (для которого будет предложено последующее оправдание), что именно в случае серий первого рода только мы способны сделать что-либо, что может быть интерпретировано в строгие научные выводы. Мы будем способны, однако, в общем виде увидеть род и степень ошибки, которая была бы совершена, если бы в любом примере мы заменили воображаемой серией первого рода любую фактическую серию второго рода, которую опыт может представить нам. Две серии, конечно, должны быть как можно более похожими во всех отношениях, за исключением того, что переменное единообразие было заменено фиксированным. Разница тогда между ними не проявилась бы на начальной стадии, ибо на этой стадии отличительные характеристики серии вероятности не очевидны; все там нерегулярность, и было бы так же невозможно показать, что они похожи, как и то, что они различны; мы можем только сказать в общем, что каждая показывает один и тот же род нерегулярности. Не проявилась бы она и на следующей последующей стадии, ибо реальная изменчивость единообразия не имеет некоторое время возможности сделать себя замеченной. Она проявилась бы только на том, что мы назвали конечной стадией, когда мы предполагаем, что серия простирается на очень долгое время, что разница начала бы давать о себе знать. [3] Пропорция лиц, например, которые умирают каждый год в возрасте шести месяцев, является, когда рассматриваемые числа в малом масштабе, совершенно нерегулярной; она становится, однако, регулярной, когда рассматриваемые числа в большем масштабе; но если бы мы продолжали наше наблюдение в течение очень долгого времени или на очень большом пространстве страны, мы обнаружили бы, что эта регулярность сама меняется нерегулярным образом. Замена, только что упомянутая, действительно эквивалентна тому, чтобы сказать: Давайте предположим, что регулярность фиксирована и постоянна. Это создание гипотезы, которая может быть не совсем согласующейся с фактом, но которая навязывается нам с целью обеспечения точности утверждения и определения.
§ 14. Полное значение и смысл такой замены станут очевидными только в некоторых из последующих глав, но можно сразу указать, что именно таким образом только мы можем с совершенной строгостью ввести понятие «предела» в наш отчет о деле, во всяком случае в отношении многих применений предмета к чисто статистическим исследованиям. Мы говорим, что определенная пропорция начинает преобладать среди событий в долгосрочной перспективе; но затем, присмотревшись к фактам, мы обнаруживаем, что мы должны выражать себя гипотетически и говорить, что если нынешние обстоятельства останутся такими, как они есть, долгосрочная перспектива покажет свои характеристики без нарушения. Когда, как это часто бывает, мы ничего не знаем точно об обстоятельствах, которыми вызывается последовательность событий, но имеем веские причины подозревать, что эти обстоятельства, вероятно, претерпят некоторые изменения, действительно ничего другого не остается делать. Мы можем только ввести концепцию предела, к которому стремятся числа, предполагая, что эти обстоятельства не меняются; другими словами, заменяя серию с фиксированным единообразием на фактическую с варьирующимся единообразием. [4]
§ 15. Если читатель изучит следующий пример, хорошо известный математикам под названием Петербургской задачи [5], он обнаружит, что он служит для иллюстрации нескольких соображений, упомянутых в этой главе. Он служит особенно для того, чтобы выявить факты, что серия, с которой мы имеем дело, должна рассматриваться как неопределенно обширная в отношении числа или продолжительности; и что, когда так рассматривается, определенные серии, но только определенные серии (та, о которой идет речь, является примером), пользуются неопределенным диапазоном, чтобы продолжать производить индивидов в ней, чье отклонение от предыдущего среднего значения не имеет никакого конечного предела вообще. При правильном рассмотрении это очень простая задача, но она породила, в то или иное время, немало путаницы и недоумения.
Задачу можно сформулировать так: — подбрасывается монета; если выпадает орел, я получаю один фунт; если орлы два раза подряд — два фунта; если орлы три раза подряд — четыре фунта, и так далее; сумма, которую нужно получить, удваивается каждый раз, когда новый орел следует за предыдущим. То есть, я должен продолжать, пока она продолжает давать последовательность орлов, рассматривать эту последовательность как «ход» или набор, а затем делать другой ход, и так далее; и за каждый такой ход я должен получать оплату; выпадение решки, как понимается, не дает ничего, по сути, исключается из нашего рассмотрения. Сколько бы раз орел ни выпадал подряд, число фунтов, на которые я могу претендовать, находится путем возведения двойки в степень на единицу меньшую, чем это число раз. Вот, таким образом, серия, сформированная последовательностью бросков. Мы предположим, — что многие люди сочтут допускающим доказательство, и что, конечно, опыт подтверждает в значительных пределах, — что редкость этих «серий» одной и той же стороны находится в прямой пропорции к сумме, которую я получаю за них, когда они действительно происходят. Другими словами, если мы рассматриваем только случаи, в которых я получаю выплаты, мы обнаружим, что каждый второй раз я получаю один фунт, раз в четыре раза я получаю два фунта, раз в восемь раз — четыре фунта, и так далее без конца. Вопрос тогда задается, что я должен заплатить за эту привилегию? Рискуя небольшим предвосхищением результатов последующей главы, мы можем предположить, что это эквивалентно вопросу, какая сумма, выплачиваемая каждый раз, в среднем не оставила бы меня ни победителем, ни проигравшим? Другими словами, какова средняя сумма, которую я должен был бы получить на вышеуказанных условиях? Теория провозглашает, что я должен дать бесконечную сумму: то есть, никакая конечная сумма, какой бы большой она ни была, не была бы адекватным эквивалентом. И это действительно вполне понятно. Перед мной серия неопределенной длины, и чем дольше я продолжаю работать с ней, тем богаче мои доходы, и это без какого-либо предела вообще. Это правда, что очень богатые уловы чрезвычайно редки, но все же они приходят, и когда они приходят, они компенсируют это своей большей богатством. В каждом случае, когда люди посвящали себя преследованию, о котором идет речь, они знакомились, конечно, только с ограниченной частью этой серии; но серия, на которой мы основываем наш расчет, неограниченна; и выводы, обычно делаемые относительно суммы, которая должна в долгосрочной перспективе быть выплачена за привилегию, о которой идет речь, находятся в полном соответствии с этим предположением.
Обычная форма возражения приводится в ответе, что, далеко не платя бесконечную сумму, ни один здравомыслящий человек не дал бы ничего, приближающегося к 50 фунтам за такой шанс. Вероятно, нет, потому что никто не увидел бы достаточно серии, чтобы сделать это стоящим для него. То, на чем большинство людей формирует свое практическое мнение, — это такие небольшие части серии, которые они фактически видели или могут разумно ожидать. Теперь в любой такой части, скажем, той, которая охватывает 100 ходов, самая длинная последовательность орлов не составила бы в среднем более семи или восьми. Это наблюдается, но забывается, что формула, которая произвела их, если бы она имела больший размах, продолжала бы производить все лучшие и лучшие без какого-либо предела. Отсюда возникает, что некоторые люди озадачены, потому что поведение, которое они приняли бы в отношении сокращенной части серии, с которой они практически, вероятно, встретятся, не находит своего оправдания в выводах, которые обязательно основаны на серии в полноте ее бесконечности.
§ 16. Это будет более ясно видно при рассмотрении различных возможностей и размаха, требуемого для того, чтобы исчерпать их, когда мы ограничиваемся ограниченным числом бросков. Начните с трех. Это дает восемь одинаково вероятных возможностей. В четырех из этих случаев бросающий начинает с решки и поэтому проигрывает: в двух он выигрывает один пункт (т. е. 1 фунт); в одном он выигрывает два пункта, и в одном он выигрывает четыре пункта. Следовательно, его общий выигрыш, составляющий восемь фунтов, достигнутый в четырех разных непредвиденных обстоятельствах, его средний выигрыш составил бы два фунта.
Теперь предположим, что ему позволено дойти до n бросков, так что мы должны рассматривать 2^n возможностей. Все они должны быть приняты во внимание, если мы хотим рассмотреть, что происходит в среднем. Легко будет увидеть, что, когда все возможные случаи были подсчитаны один раз, его общий выигрыш будет (подсчитанный в фунтах),
2n−2 + 2n−3·2 + 2n−4·22 + … + 2·2n−3 + 2n−2 + 2n−1,
viz.
(n + 1) 2n−2.
Это будучи распределенным по 2^(n-1) различным случаям выигрыша, его средний выигрыш будет 1/2(n+1).
Теперь, когда мы ссылаемся на средние значения, нужно помнить, что минимальное число различных событий, необходимых для того, чтобы оправдать среднее значение, — это то, которое позволяет каждому из них проявиться один раз. Человек предлагает остановиться на последовательности из десяти орлов. Хорошо и хорошо. Мы говорим ему, что его средний выигрыш будет 5 фунтов 10 шиллингов 0 пенсов: но мы также внушаем ему, что для того, чтобы оправдать это утверждение, он должен начать подбрасывать по крайней мере 1024 раза, ибо не в меньшем числе могут быть продемонстрированы и сбалансированы все непредвиденные обстоятельства выигрыша и проигрыша. Если он предлагает достичь среднего выигрыша в 20 фунтов, он должен быть готов дойти до 39 бросков. Чтобы оправдать эту выплату, он должен начать бросать 2^39 раз, т. е. около миллиона миллионов раз. Не раньше, чем он совершит это, он будет в состоянии доказать любому скептику, что это истинное среднее значение «хода», простирающегося до 39 последовательных бросков.
Конечно, если он решит подбрасывать до скончания веков, мы должны принять линию объяснения, которая единственно возможна там, где вовлечены вопросы бесконечности в отношении числа и величины. Мы не можем сказать ему выплатить «бесконечную сумму», ибо это не имеет строгого значения. Но мы говорим ему, что, как бы много он ни согласился платить каждый раз, когда происходят серии орлов, он достигнет наконец стадии, в которой он отыграет свои общие выплаты своими общими поступлениями. Как бы велико ни было n, если он упорствует в попытках 2^n раз, он может иметь истинное среднее поступление 1/2(n+1) фунтов, и если он продолжает достаточно долго вперед, он будет иметь его.
Задача вернется для рассмотрения в будущей главе.
1 Следующая статистика даст справедливое представление о широком диапазоне опыта, в котором, как обнаруживается, существует такая регулярность: «В качестве иллюстраций равных количеств колебаний от совершенно несхожих причин, возьмите смерти в Западном округе Лондона за семь лет (колебание 13.66) и правонарушения против личности (колебание 13.61); или смерти от апоплексии (колебание 5.54) и правонарушения против собственности без насилия (колебание 5.48); или студентов, зарегистрированных в Колледже хирургов (колебание 1.85), и количество фунтов произведенного табака, взятого для внутреннего потребления (колебание 1.89); или уличных нищих (колебание 3.45) и тоннаж британских судов, вошедших в балласте (колебание 3.43) и т. д.» [Извлечено из статьи в Журнале Статистического общества, г-ном Гаем, март 1858 г.; «колебание», приведенное здесь, является мерой количества нерегулярности, то есть отклонения от среднего значения, оцененного способом, который будет описан далее.]