2026年10月24日 星期六

(2026-10-24) 統計學的兩大流派

統計學有兩大流派,分別是貝氏學派(Bayesian)與「頻率學派(Frequentist)。

18 世紀英國有一位長老會牧師兼業餘數學家托馬斯·貝氏(Thomas Bayes, 1702–1761)。

當時他提出了一個問題:「如果我們無法直接看到上帝(或事物的本質真相),我們如何透過觀察到的有限現象,逆向推測背後真正的概率?」

為了回答這個問題,他設計了一個思想實驗:
• 假設你背對著一張桌子,有人在桌上隨機扔了一顆球 A。你不知道球 A 停在哪裡。
• 接著,那個人繼續扔球 B,並只告訴你「球 B 在球 A 的左邊還是右邊」。
• 隨著扔球 B 的次數越來越多,你根據每次獲知的情報(情報/證據),就能越來越精準地推斷出球 A 的位置。

貝氏寫下了這個「從結果推導原因、並根據新資訊動態更新」的數學論文,但他生前並未發表。直到他去世後,他的朋友理查德·普萊斯(Richard Price)整理其遺稿,於 1763 年代為發表,這就是著名的貝氏定理(Bayes' Theorem)。

真正把貝氏定理發展成完備數學工具的是法國大數學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯。他在不知道貝氏工作的情況下,獨立推導出了相同的公式,並將其應用於天文學、人口統計學乃至法庭審判中。拉普拉斯也是第一位明確使用「先驗」與「後驗」概念來處理科學推斷的人。

19 世紀末至 20 世紀初,科學界追求「客觀、可重複、絕對中立」,貝氏學派因為引進了帶有主觀成分的「先驗概率(Prior)」,被當時主流的統計學家視為「不科學、不嚴謹、帶有主觀偏見」的異端,因而陷入了低谷。

直到二次世界大戰期間,著名數學家艾倫·圖靈(Alan Turing)在破解納粹 Enigma 密碼時,默默採用了貝氏方法的思想,通過不斷收集截獲的密碼片段(新證據)來動態計算每種輪盤設置的概率,大幅加快了破譯速度。

大約 1920 年代到 1980 年代,頻率學派(Frequentist)佔據了絕對的統治地位,甚至幾乎壟斷了所有大學的統計學教科書。

現代統計學之父羅納德·費雪(Ronald Fisher)是頻率學派的狂熱捍衛者。他發明了顯著性檢驗(p-value)和方差分析(ANOVA),對貝氏學派的「先驗概率(帶有主觀色彩)」極度鄙視,認為那是「不科學的猜測」。

因為在那個沒有電腦的年代,頻率學派的數學公式(如常態分佈檢驗、置信區間)計算起來相對簡單,且符合當時工業時代追求的「絕對客觀、可重複驗證」的科學精神。貝氏定理涉及複雜的積分運算,在沒有算力的情況下根本無法大規模落地。

到了 20 世紀下半葉及 21 世紀,隨著計算機算力的爆發(如 MCMC 馬爾可夫鏈蒙特卡洛算法的普及),人們發現現實世界(如股市、天氣、機器學習、醫療診斷)充滿了「資訊不透明」與「無法無限重複實驗」的情境。此時,貝氏思考以其極強的動態適應力重新崛起,成為人工智能(如朴素貝氏分類器)、量化金融與複雜系統建模的主流思想。

為了更直觀地理解,可以看經典的拋硬幣場景:

頻率學派會說: 「硬幣朝上的概率是 50%,意思是如果我將這枚硬幣拋 10000 次(無限次重複實驗),正面朝上的次數會無限趨近於 50%。概率是客觀存在於硬幣物理結構中的。」

貝氏學派會說: 「概率反映的是我對硬幣朝上的『信心程度』。在我沒拋之前,根據經驗我預設它是公平的(先驗概率 50%)。如果我接連拋了 10 次都是正面(新數據),我會開始懷疑這枚硬幣被鉛灌過,從而更新我對第 11 次出現正面的信心度(後驗概率升至 80%)。」








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