数学史 · 中文镜像

数学家传记

弗朗西斯·高尔顿Francis Galton

出生
1822年2月16日 英格兰伯明翰附近斯帕克布鲁克
逝世
1911年1月17日 英格兰萨里郡黑斯尔米尔的格雷肖特宅

弗朗西斯·高尔顿是一位英国博学家、探险家、人类学家和统计学家。他发明了“均值回归”的概念,并作为“优生学之父”而闻名——或声名狼藉。

完整传记

弗朗西斯·高尔顿是一位探险家和人类学家,以其对人类智力的开创性研究而闻名。他将晚年献给了优生学,即通过选择性生育来改善人类物种的体质和心智构成。

高尔顿 的父母都来自重要的贵格会家庭,他们可能是他关于遗传天才思想的绝佳例证。他的母亲弗朗西丝·安妮·维奥莱塔·达尔文是医生伊拉斯谟·达尔文的女儿,伊拉斯谟·达尔文是 ZoonomiaLaws of Organic Life 的作者,在书中他阐述了他的进化思想。查尔斯·高尔顿·达尔文 也是伊拉斯谟·达尔文的孙子。高尔顿 的父亲 皮埃尔·萨米埃尔·特尔提乌斯·高尔顿 是一位银行家,来自一个包含许多富有的银行家和枪匠的家庭。高尔顿 是他父母七个孩子中最小的,有三个哥哥和三个姐姐。

高尔顿在1836年进入伯明翰的爱德华国王学校之前,曾在伯明翰地区上过几所小学校。他在这所学校待了两年,但并不喜欢那里对古典文学和宗教的侧重。由于父母决定让他从事医学职业,他在伯明翰跟随几位不同的医生当了大约一年的学徒。此后,他前往伦敦,在国王学院学习医学一年。然后,在1840年,他快速游历了欧洲大陆,访问了吉森、维也纳、康斯坦察、君士坦丁堡、士麦那的塞翁和雅典。正是在这个阶段,用他自己的话说(见[6]):-

……一种对旅行的热情攫住了我,仿佛我是一只候鸟。

回到英格兰后,高尔顿于1840年秋进入剑桥大学三一学院学习医学。他很快将学习转向数学,跟随威廉·霍普金斯学习,这是剑桥最好的数学导师,但他在第三年生病,无法完成学位。此时他的许多问题源于他父亲病重,这无疑是他未能完成数学荣誉学位考试的一个主要因素。他当时的打算是重返医学职业,事实上他回到伦敦,重新开始医学学习。然而,在他父亲于1844年去世后,他发现自己因[6]而富裕:-

……一笔足够的财富,使我无需依赖医学职业。

由于经济上有了保障,不再需要考虑职业问题,高尔顿决定追随自己对旅行的热情,与朋友一起沿尼罗河而上前往喀土穆。当时人们对尼罗河兴趣浓厚,对其源头有大量猜测。事实上,尼罗河是两条河,白尼罗河和青尼罗河,它们在喀土穆汇合,一起流向大海。(事实上,直到1858年才发现尼罗河的源头是维多利亚湖。)高尔顿还访问了圣地和叙利亚,然后决定献身于运动,从1845年到1850年,他这样做了五年。

认定运动不适合自己后,高尔顿开始筹划更为宏大的旅行。在决定前往非洲西南部之前,他咨询了皇家地理学会。弗洛伦斯·南丁格尔·大卫利文斯通曾于1849年向皇家地理学会的一次会议提交报告,讲述发现位于今博茨瓦纳西北部的恩加米湖。该湖位于无水的卡拉哈里沙漠以北,其存在已为欧洲人所知,但利文斯通是第一个亲眼见到它的欧洲人。高尔顿的目标是从西南方找到通往该湖的通道,带着这一计划,他的探险队在今纳米比亚的沃尔维斯湾登陆。沃尔维斯湾以东是被称为达马拉兰的地区,欧洲人于1791年首次到访。事实上,从沃尔维斯湾到恩加米湖约550英里,尽管两次尝试抵达该湖,高尔顿的队伍两次都未能成功。然而,这是一次非常有价值的探险,他们对该地区了解甚多,而此前欧洲人对这里的探索很少。当高尔顿回到英格兰后,他在Tropical South Africa(1953)中发表了自己的旅行记述。由于他的探险,他于1853年当选为皇家地理学会会士,三年后,他又当选为皇家学会会士。

1853年8月1日,高尔顿与路易莎·简·巴特勒结婚,她是彼得伯勒教长的女儿,后者此前曾任哈罗公学校长。他写了另一本有趣的书,旨在向探险者提供建议,即The art of travel,但尽管他继续在欧洲大量旅行,由于他的健康从未从非洲经历中恢复,他没有再进行进一步的探险。

也许正是1859年达尔文的Origin of the species的出版,标志着高尔顿兴趣方向的转变。高尔顿是达尔文的表亲,所以他成为最早被这本书转变的人之一也许是自然的。他确信,各个领域的卓越几乎完全归因于遗传因素,这与当时基本上认为每个人生来能力平等的思想完全相悖。在阅读了高尔顿的书Hereditary Genius(1869年)之后,达尔文写信给他说[7]:-

从某种意义上说,你使一个对手转变了,因为我一直坚持认为,除了傻瓜之外,人在智力上差别不大,只是在热情和勤奋上有所不同。

高尔顿反对那些声称智力或性格由环境因素决定的人,并将“天才”定义为:-

……一种异常高且同时与生俱来的能力。

他探究种族差异,这在今天几乎不可接受,并且是最早采用问卷和调查方法的人之一,他用这些方法研究不同人群的心理意象。

尽管数学薄弱,尽管学习了两年数学荣誉学位课程,他的思想强烈影响了统计学的发展,特别是他证明了正态分布的正态混合本身是正态的。他的另一个主要发现是回归。这是他对回归及其与二元正态分布联系的表述。他的工作引导他研究优生学[3]:-

高尔顿可以说是优生学研究的创始人。他对科学的主要贡献在于他的人类学探究,尤其是对遗传规律的研究,其工作的显著特点是应用统计学方法。1869年,在《遗传天才》一书中,他力图证明天才是由祖先决定的,随后他又就这一主题的各个方面写了许多其他书籍和论文。

让我们更详细地考察一下高尔顿对统计学的贡献。大约在1875年,他用香豌豆种子做实验。他使用了七个不同直径的各100粒种子,并绘制了原始种子直径与下一代种子直径的二维图。他注意到,大种子的后代的中位直径小于其亲本的中位直径,而小种子的后代的中位直径大于其亲本的中位直径。高尔顿意识到后代倾向于回归到平均大小。当然,在这个阶段他还不明白他的发现适用于任何二维图,反而认为这是他所实验的情况所特有的。起初他把这种现象称为“返祖”,但后来改名为“回归”。

1884-85年举办了国际健康展览会,与此相关,高尔顿建立了一个实验室来测量人类统计数据。他收集了大量人的身高、体重和力量等数据,并自己设计了用于测量的仪器。该实验室在国际健康展览会闭幕后继续存在,它是卡尔·皮尔逊在伦敦大学学院运行的生物统计实验室的前身。

高尔顿现在在他已经形成的关于回归的思想上取得了进一步的进展。他绘制了父母身高和其成年子女身高的双向图。他能够以这样的方式绘制这些图,使得回归系数成为回归线的斜率。1888年,他还检查了同一个人两个不同器官的大小,并应用他一直在开发的方法来研究大小之间的关联程度。他定义了一个相关指数,作为衡量两者相关程度的度量。然而,当有两个以上相关的度量时,他未能理解所涉及数学的复杂性。

1889年,高尔顿出版了Natural inheritance,其中总结了他所做的关于相关和回归的工作。他很好地阐述了他所引入的概念以及他所发现的技术。卡尔·皮尔逊读了Natural inheritance,这对他的思想产生了深远的影响:-

正是高尔顿首先把我从只有因果范畴下的自然现象才能应用可靠数学的偏见中解放出来。在这里,第一次出现了一种可能性——我不会说是一种确定性——即在生命形式领域,尤其是在人类行为领域,获得与人们所认为的物理知识同样有效的知识。

高尔顿在他的实验室收集的数据中包括指纹印。他能够证明指纹图案随着人年龄的增长保持不变,并且他根据将指纹图案分为弓型、箕型和斗型,设计了可用作个人唯一标识的指纹特征。关于这个主题,他出版了Finger prints(1893年)、Blurred finger prints(1893年)和Finger print directory(1895年)。他的识别系统成为爱德华·R·亨利爵士分类的基础,亨利后来成为伦敦大都会警察局局长。高尔顿-亨利指纹分类系统于1900年6月发表,并于1901年开始在苏格兰场用于犯罪记录的身份识别。它很快在世界各地的刑事调查中得到应用。

除了作为人类智力的不知疲倦的研究者外,高尔顿还在气象学、人体测量学和体质人类学领域做出了重要贡献。他于1863年出版了Meteorographica, or methods of mapping the weather。他创造了反气旋这个术语,并指出了它在天气预报中的重要性。连同对气象学的其他重要贡献,这使他成为气象局管理委员会的成员。

高尔顿因其贡献获得了许多荣誉,其中最引人注目的也许是他在1909年被封为爵士[4]:-

当首相提出将他的名字呈交国王授予爵士爵位时,他已年届89岁。他一如既往地谦逊,接受了……

他还在1876年获得了皇家学会的皇家奖章,1902年获得了同一学会的达尔文奖章,1910年获得了它的科普利奖章。1901年,他获得了人类学研究所颁发的赫胥黎奖章,1908年获得了林奈学会颁发的达尔文-华莱士奖章。

他在英国科学界发挥了重要作用。除了上述贡献外,他还在1863年至1867年间担任英国协会的秘书长,并四次担任分会主席。他还曾在皇家学会的邱园委员会任职。随着年龄增长,他的健康状况开始限制他所能做出的贡献[4]:-

他第一次痛苦的考验是耳聋,这使他无法参加科学聚会,而那里曾是他熟悉的身影。……一段时间后,他失去了行走能力,不得不将每日散步换成浴椅,但他从未发出过一声抱怨。他深爱新鲜空气,不在乎如何获得它,常常坐在敞开的阳台上,而大多数他这个年纪的人都会蜷缩在炉火旁。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。