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数学家传记

卡尔·皮尔逊Karl Pearson

出生
1857年3月27日 英格兰伦敦
逝世
1936年4月27日 英格兰萨里郡科尔德哈伯

卡尔·皮尔逊是一位英国数学家和生物统计学家。他引入了相关性的概念,并将统计学应用于遗传和进化的生物学问题。他与弗朗西斯·高尔顿一样,是优生学的支持者。

完整传记

卡尔·皮尔逊的母亲Fanny Smith和父亲William Pearson都出身于约克郡的家庭。William是内殿律师学院[26]的律师:-

他能力出众,拥有非凡的智力和体力,对历史研究有浓厚的兴趣,这些特质在他儿子身上也有所体现。

William和Fanny给他们的第二个孩子取名为Carl,他一直使用这个名字,直到大约23岁时将拼写改为皮尔逊。在本文中,我们将称他为皮尔逊或皮尔逊。

皮尔逊与他的一个哥哥和一个妹妹在一个中上阶层家庭中长大。在家接受教育到九岁后,他被送到伦敦的大学学院学校。他在那里学习到十六岁,但随后因病被迫离开。家里请了一位私人教师在家教他,他于1875年参加了剑桥奖学金考试,在考试中获得第二名,赢得了国王学院的奖学金。

在剑桥,他师从乔治·加布里埃尔·斯托克斯詹姆斯·克拉克·麦克斯韦阿瑟·凯莱威廉·伯恩赛德。他的辅导老师也许是所有剑桥辅导老师中最著名的,即爱德华·约翰·劳思。他谈到自己的本科岁月时说(见[3]):-

在剑桥,我在爱德华·约翰·劳思乔治·加布里埃尔·斯托克斯阿瑟·凯莱詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的指导下学习数学,但阅读了关于斯宾诺莎的论文。

但这对皮尔逊来说是非常幸福的日子[22]:-

在友谊中有快乐,在争论中有快乐,在教练的教导中有快乐,在数学、哲学和宗教中寻找新光芒也有快乐。

正如他在这些引文中所表明的,他在剑桥的学习异常广泛。他读过歌德、但丁和卢梭,读过宗教思想史,并喜欢与道德哲学的学生就他们的学科进行辩论。

皮尔逊从不是一个接受权威的人,这一点在他剑桥的本科岁月中表现得淋漓尽致。当时,神学讲座和礼拜堂出席是强制性的。皮尔逊对宗教深感兴趣,却憎恨这些活动的强制性。他成功地说服校方修改了大学规章,使神学讲座不再强制出席;赢得这场斗争后,他在父亲的帮助下又打了第二场关于强制礼拜堂的斗争。获胜后,他继续出席礼拜堂,令大学当局感到惊讶,但当然,对皮尔逊来说,自愿出席和强制出席之间有着天壤之别。

他于1879年从剑桥大学毕业,在数学荣誉学位考试中获得数学荣誉学位考试一等及格者(Wrangler)(意味着他在获得一等学位的人中排名第三)。随后他前往德国,在海德堡大学学习。在那里,他跟随G H Quincke学习物理学,跟随Kuno Fischer学习形而上学。接着他访问了柏林大学,在那里他听了著名生理学家Émile du Bois-Reymond关于达尔文主义的讲座(Émile是数学家Paul du Bois-Reymond的兄弟)。他在柏林学习的其他科目包括由海因里希·布伦斯和Mommsen教授的罗马法、中世纪和16世纪德国文学以及社会主义。他深受此时所修课程的影响,并且在德国文学方面变得足够专业,以至于剑桥大学德语系向他提供了一个职位。1880年返回英国后,皮尔逊首先去了剑桥[3]:-

回到剑桥后,我在工程车间工作,但为中古语言荣誉学位考试制定了中古高地德语和古高地德语的日程表。

他的第一本书The New Werther就是在这时出版的。在书中,皮尔逊清楚地表明了他为什么学习如此多不同的科目(例如见[17]或[26]或The New Werther):-

我从科学冲向哲学,又从哲学冲向我们的老朋友诗人;然后,因过多的理想主义而过度疲惫,我想象自己在回归科学时变得实际。你是否曾试图构想世界上所有值得知道的事物——宇宙中没有一门学科不值得研究?文学的巨匠,多维空间的奥秘,路德维希·玻尔兹曼和Crookes试图穿透自然本身的实验室,康德的宇宙理论,以及胚胎学的最新发现,连同它们关于生命发展的奇妙故事——那是多么广阔无垠,超出我们的把握!……人类似乎正处于一项新的辉煌发现的边缘。艾萨克·牛顿为简化行星运动所做的一切,现在必须用来将数学物理的各种孤立理论统一为一个整体。

尽管他在这段话中表达了自己的感受,皮尔逊还是决定学习法律,以便像他父亲一样,取得律师资格。再次引用皮尔逊自己的叙述[3]:-

来到伦敦后,我在林肯律师学院的事务所里研读法律,起草卖据,并取得了律师资格,但我也通过讲课来变换法律研究的内容:在巴恩斯讲热学,在汉普斯特德讲马丁·路德,在星期天于苏活区周边的革命俱乐部讲拉萨尔和马克思。

尽管在1882年取得律师资格,皮尔逊从未执业。在1882至1884年间,他在伦敦各地就广泛的主题讲课,如德国社会生活、马丁·路德的影响以及历史主题。他还撰写随笔、文章和评论,并在国王学院和伦敦大学学院代授数学教授的课程。

他的大部分职业生涯都在伦敦大学学院度过,1885年他被任命为应用数学讲席,成为戈德史密斯教授。他以前的一位学生在[3]中写道:-

他不是一个“教科书式”的教师,他能以比我后来所知的任何数学讲师都更轻松、更短的时间灌输对一门学科基本原理的理解。他的外貌引人注目:典型的希腊运动员,五官精致,体格健美。……他是一个固执的争论者,但在任何个人讨论中,他幽默的闪烁眼神令人解除戒备。

从1884年到1890年,皮尔逊成果丰硕。除了讲授静力学、动力学和力学,他还完成了威廉·金顿·克利福德The Common Sense of the Exact Sciences未完成的第一卷(1885年出版),完成并编辑了艾萨克·托德夯特History of the Theory of Elasticity写了一半的第一卷,开始着手艾萨克·托德夯特几乎尚未开始的第二卷,并发表了许多应用数学论文。他还讲授The Ethic of Free Thought,并就若干历史主题进行研究,如西方基督教的演变。1885年,他是男女俱乐部的创始成员,该俱乐部致力于讨论男女在社会中的角色,在俱乐部的会议上他遇到了玛丽亚·夏普。他们于1890年结婚,育有三个孩子;伊根·皮尔逊(生于1895年)继承了父亲的职业,还有两个女儿:比埃贡大三岁的西格丽德·洛蒂蒂娅和比埃贡小三岁的海尔加·夏普。

值得停下来想一想,皮尔逊 被认为是统计学的奠基人之一,然而到了 1890 年,这位 33 岁的应用数学教授虽然在众多领域享有很高声誉,却仍未开始研究统计问题。正如 Aldrich 在 [6] 中所写:-

……他对统计方法论的贡献盖过了他对任何实质性领域的贡献。他的统计贡献可以分为整理数值事实的方法——单变量和多变量——估计和检验。

两件事改变了他职业生涯的走向。第一件是 弗朗西斯·高尔顿 于 1889 年出版了他的著作 Natural Inheritance。第二件是 拉斐尔·韦尔登 于 1890 年被任命为伦敦大学学院的动物学教授。Walker 在 [26] 中写道:-

皮尔逊 与 拉斐尔·韦尔登 之间很快建立起的亲密私人友谊对科学的重要性,当时两人都三十出头,怎么夸大也不为过。拉斐尔·韦尔登 提出的问题推动 皮尔逊 做出了他一些最重要的贡献。

通过 拉斐尔·韦尔登弗朗西斯·高尔顿 的书,皮尔逊 对发展用于研究遗传和进化过程的数学方法产生了兴趣。从 1893 年到 1912 年,他写了 18 篇题为 Mathematical Contributions to the Theory of Evolution 的论文,其中包含了他最有价值的工作。这些论文包含了对回归分析、相关系数的贡献,并包括统计显著性的卡方检验(1900 年)。他的卡方检验是为了试图使正态分布不再处于中心地位而提出的。

他的书 The Grammar of Science(1892 年)之所以引人注目,是因为它预见了相对论的一些思想。它内容广泛,并试图将科学的影响扩展到各个方面。皮尔逊 在 1893 年创造了“标准差”这个术语。他的工作受到了 弗朗西斯·伊西德罗·埃奇沃思 工作的影响,而他又反过来影响了 犹勒 的工作。

皮尔逊 与 拉斐尔·韦尔登弗朗西斯·高尔顿 共同创办了统计学期刊 Biometrika。这件事的起因是他在 1900 年向 皇家学会 提交了一篇论文,他于 1896 年当选为该会会士,并于 1898 年获得其达尔文奖章。这篇论文研究了遗传,并通过对大量收集数据的数学分析进行论证。然而,Royal Society 的生物学家并不准备接受基于数学分析的生物学结论。拉斐尔·韦尔登 在 1900 年 11 月 16 日给 皮尔逊 的一封信中建议,通过创办他们自己的期刊来解决这类论文发表的问题。皮尔逊 对此很热情,并建议将期刊命名为 Biometrika。第一卷于 1901 年 10 月出版,皮尔逊 担任其编辑,他一直担任这一角色直到 35 年后去世。

大约从 1906 年起,皮尔逊 投入了大量精力筹建一个研究生中心。他这样做(见 [17]):-

……使统计学成为应用数学的一个分支,拥有自身的技术和术语体系,把统计学家培养成科学工作者……并总体上把这个国家的统计学从业余爱好者和争论者的游乐场转变为一门严肃的科学分支,任何人若不经过充分训练就无法有效运用它,正如不懂数学就无法运用微积分一样。

他是第一位弗朗西斯·高尔顿优生学教授,从1911年到1933年担任该讲席。弗朗西斯·高尔顿于1904年建立了优生学档案办公室,1906年他让皮尔逊负责。皮尔逊已经在管理生物测量实验室,1911年这两个实验室合并为大学学院的应用统计系。弗朗西斯·高尔顿曾表示希望皮尔逊被授予该讲席,从而成为新系的负责人。这样做时,皮尔逊放弃了他的Goldsmid讲席。

皮尔逊与罗纳德·费希尔有过一场长期、激烈且非常公开的争论。起初,在皮尔逊于1914年9月收到罗纳德·费希尔提交发表的一篇论文手稿后,他们交换了友好的信件。皮尔逊最初的回应是说(见[18]):-

我非常衷心地祝贺你弄出了实际的分布形式……如果分析是正确的——这似乎极有可能——我将很高兴在Biometrika上发表这篇论文。

一周后[18]又写道:-

我现在已通读了你的论文,认为它标志着明显的进步。

皮尔逊随后提议让他在弗朗西斯·高尔顿实验室的工作人员研究罗纳德·费希尔论文中出现的频率曲线数值表,以检验罗纳德·费希尔得出的精确分布与先前已知近似分布是否一致。到1916年5月,他们仍以友好的方式通信。然而,皮尔逊误解了罗纳德·费希尔最大似然法的假设,并在1917年5月与他的工作人员合著的那篇关于频率曲线制表的Cooperative Study论文中不公正地批评了该方法。罗纳德·费希尔认为皮尔逊的批评没有根据,便以一篇论文作为回应,该论文批评了Cooperative Study中的例子,甚至到了嘲笑它们的地步。罗纳德·费希尔重新审视了他早先与皮尔逊的通信,注意到自己的许多论文曾被拒绝,于是得出结论:皮尔逊对此负有责任。

尽管两人都是统计方法的坚定倡导者,他们的方法却相当不同。皮尔逊使用他测量的大样本,然后试图推断数据中的相关性。另一方面,罗纳德·费希尔追随戈塞特,试图使用小样本,并且不是推断相关性,而是寻找原因。这场争论变得如此严重,以至于罗纳德·费希尔在1919年拒绝了弗朗西斯·高尔顿实验室首席统计师的职位,因为那将意味着在皮尔逊手下工作。争论继续加剧,双方都抓住每一个机会攻击对方的观点。

皮尔逊的妻子于1928年去世,次年他与系里的同事Margaret Victoria Child再婚。皮尔逊于1933年夏天辞去弗朗西斯·高尔顿讲席,大学学院决定将他的系一分为二。他的儿子伊根·皮尔逊成为统计系主任,而罗纳德·费希尔被任命为弗朗西斯·高尔顿讲席,接替皮尔逊担任优生学系主任。

格林伍德在[9]中这样描述皮尔逊的性格:-

皮尔逊是他那个时代最有影响力的大学教师之一;他费尽心思使自己的讲解清晰易懂,能够吸引大批听众,无论是学生还是对他所讲主题没有特别兴趣的偶然听众。在他较小的研究学生圈子里,他激发了热烈的个人爱戴;没有哪位系主任比他更慷慨地回报忠诚的服务。……他具有其优点所伴随的一些缺点;他专横,……他强烈而真诚地信仰思想自由,但往往把智力上的意见分歧归因于愚蠢甚至道德上的偏差。他与学生之间的个人关系有时会痛苦地中断多年;但令人欣慰的是,这些破裂的友谊最终大多都愉快地恢复了。只有智力上的分歧才会扰乱和谐;在普通的社会生活关系中,他是一位迷人的主人、客人或旅伴。皮尔逊对那些仅通过著作了解他的人也有很大影响。许多人对他与其说是爱戴,不如说是钦佩和畏惧;他在一些人心中激起了强烈的敌意。

沃克在[26]中这样总结皮尔逊的重要性:-

皮尔逊对统计技术做出了如今看来具有持久重要性的贡献,但这些技术的重要性不如他所做的另一件事:他将科学界从仅仅对统计研究感兴趣的状态,激发为众多训练有素的人热切努力的状态,这些人发展新理论,从各个领域收集和分析统计数据,计算新表,并重新审视统计哲学的基础。这是一项规模惊人的成就。他的实验室是一个世界中心,来自各国的人在此学习。在全部科学史中,很少有人像他那样激励了如此多的人去耕耘和拓展他们自己播下的领域。他为科学家提供了统摄一切科学的一般方法论概念,这是对现代思想的伟大贡献之一。

我们在上文提到了皮尔逊获得的一些荣誉。我们还要指出,他获得了圣安德鲁斯大学和伦敦大学的荣誉学位。他还被选为爱丁堡皇家学会的会士。

参考文献

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