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多维度探索是可能的!

(至少在数学上)

作者使用Midjourney创建的图像

探索多维世界是科幻故事和电影中常见的主题。虽然通过这样的世界旅行仍然是幻想,但数学可以帮助我们接近这个看似荒谬的想法。如果你曾经想过,“又是一天没有计算矩阵的行列式”,那么请等一下。线性代数可能比你想象的更接近!从复杂到简单的数据结构的转换每天都会发生在你的手机、电脑和流媒体应用上。这些操作是真实的、数学的多维门户。本文将解释主成分分析,即其是什么,为什么它重要以及它如何工作。

卡尔·萨根解释…

在YouTube上有一段视频,由卡尔·萨根解释了来自高维世界的访客如何在低维度下看起来。这个美妙的教训取材自萨根著名的系列《宇宙》。正如他的节目中的许多片段一样,萨根巧妙地解释了“平面”中的某些二维人物如何体验到三维苹果的访问。实际上,从高维到低维空间的移动背后的数学并不超出线性代数课程的内容。正如萨根在视频的结束处所说,“虽然我们无法想象四维世界,但我们完全可以思考它”。

与视频中卡尔·萨根展示的苹果类似的投影。图像由作者使用MidJourney制作

在二维空间中投影的苹果可能看起来不像真实的苹果,但它可以给我们一个关于其形状和大小的想法。下图展示了一个投影到二维平面上的苹果和胡萝卜。通过观察任何一个投影,我们可能会认出苹果。另一方面,我们可能很难意识到较低的投影对应的是一根胡萝卜。这意味着每次将高维对象投影到低维空间时,我们都会失去一些信息。然而,这些投影帮助我们思考一个高维对象在我们的世界中会是什么样子。

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