Джордан Элленберг - Как не ошибаться. Сила математического мышления

Геометрия высших измерений может показаться недоступной для понимания, особенно учитывая, что мир, в котором мы живем, трехмерный (или четырехмерный, если учитывать время, или, может, двадцатишестимерный, если вы относитесь к числу специалистов по теории струн, но даже в таком случае Вселенная не выходит далеко за пределы этих измерений). Зачем же изучать геометрию, которая не реализована во Вселенной?

Один ответ связан с изучением данных, которые получили в наше время очень широкое распространение. Вспомните цифровую фотографию, сделанную четырехмегапиксельной фотокамерой: ее описание состоит из четырех миллионов чисел, по одному на каждый пиксел. (И это еще без учета цвета!) Следовательно, такое изображение представляет собой вектор с размерностью четыре миллиона, или, если угодно, точку в пространстве четырех миллионов измерений. А изображение, которое меняется со временем, представлено точкой, которая перемещается в пространстве с размерностью четыре миллиона, которая вычерчивает линию в пространстве с размерностью четыре миллиона, и вы не успеете опомниться, как уже будете выполнять исчисление в пространстве с размерностью четыре миллиона, после чего может начаться настоящее веселье.

Но вернемся к температуре. В нашей таблице два столбца чисел, каждый можно представить в виде десятимерного вектора. Вот как выглядят эти векторы.

Векторы указывают примерно в одном и том же направлении, а это говорит о том, что два столбца чисел не так уж отличаются друг от друга: как мы уже видели, города с самой низкой температурой в 2011 году остались такими же холодными в 2012 году, и то же самое можно сказать о самых теплых городах.

Это и есть формула Пирсона, представленная на языке геометрии. Корреляцию между этими двумя переменными определяет угол между двумя векторами. Если хотите представить это в тригонометрической форме, корреляция – это косинус угла между векторами. Не важно, помните ли вы, что такое косинус; вам нужно знать только то, что косинус угла равен 1, если угол равен 0 (то есть когда векторы указывают в одном направлении), и −1, если угол равен 180 градусам (векторы указывают в противоположных направлениях). Между двумя переменными имеет место положительная корреляция, когда соответствующие векторы образуют острый угол (то есть угол менее 90 градусов), и отрицательная корреляция в случае тупого угла (когда угол между векторами больше 90 градусов). Это имеет смысл: векторы, расположенные под острым углом друг к другу, в каком-то смысле указывают в одном направлении, тогда как векторы, которые образуют тупой угол, как будто преследуют разные цели.

Когда угол между векторами является прямым, то есть не острым и не тупым, корреляция между двумя переменными равна нулю, другими словами эти переменные не связаны друг с другом, во всяком случае с точки зрения, корреляции. В геометрии пара векторов, образующих прямой угол, называются перпендикулярными, или ортогональными. Само собой разумеется, среди математиков и других приверженцев тригонометрии принято использовать слово «ортогональный» для обозначения того, что не связано с рассматриваемым вопросом: «Вы можете предположить, что математические способности связаны с огромной популярностью, но, судя по моему опыту, эти два качества ортогональны». Такое употребление слова постепенно переходит из жаргона гиков в общеупотребительный язык. Посмотрите хотя бы, что произошло во время недавних прений сторон в Верховном суде США {229}.

Мистер Фридман. Думаю, этот вопрос полностью ортогонален рассматриваемому здесь вопросу, поскольку Содружество признает…

Председатель суда Робертс. Прошу прощения. Полностью что?

Мистер Фридман. Ортогонален. Прямой угол. Не имеющий отношения. Не относящийся к делу.

Председатель суда Робертс. Ах да.

Судья Скалиа. Что это за прилагательное? Мне оно понравилось.

Мистер Фридман. Ортогональный.

Судья Скалиа. Ортогональный?

Мистер Фридман. Да, верно.

Судья Скалиа. Ох!

( Смех в зале. )

Я не против того, чтобы прижилось такое употребление слова ортогональный . Математические термины уже давно используются в повседневном языке. Выражение «наименьший общий знаменатель» почти утратило свой первоначальный математический смысл, я уже не говорю о слове экспоненциально [275].