新工具论-现代科学方法论的代表作

Our method, though difficult in its operation, is easily explained.

现代科学方法论的代表作

《新工具论（Novum Organum）》是弗朗西斯·培根于1620年发表的科学哲学著作。这本书在很大程度上奠定了现代科学方法论的基础，即通过观察、假设、验证、总结这一套流程通过可控实验的方法来认知世界。

《新工具论》承载着培根的学术野心。这本书实际上是他原本计划的《大复兴(Instauratio magna)》的第二部分。第一部分《学术的进展（Advancement of learning）》是他写给当时英国国王要求英国大力扶持科学研究的提案。

弗朗西斯·培根：一个有远大学术抱负的官二代以及贵二代

《新工具论》这本书采用格言体。除前言外全书分为两部分，每个部分有几十上百段。除此之外没有没有明显逻辑层次。读的人如果不主动在大脑里梳理逻辑的话，往往很容易读着读着就失去逻辑主线。

《新工具论》从名字看就是针对亚里士多德学派的《工具论》。培根提出了以观察为核心的经验主义方法论，辅以归纳以及演绎来从观察中产生知识与理论。这与亚里士多德学派的三段论以及同时代笛卡尔的思辨这样基于纯逻辑推理的理性主义有很大不同。

第一部分：对现有方法的批判

培根在《新工具论》第一部分描述了过去人们积累知识以及建立理论的方法，并且总结了这些方法的缺陷。

他首先抨击了通过亚里士多德的三段论方法。认为这种方法纯粹是通过语言以及逻辑来推断，缺乏通过观察收集信息来验证。语言本身在传达信息上不可能100%准确，而逻辑推理的过程容易出现”理所当然“的疏漏。

培根提出我们应该从对自然界的实际观察中了解世界并建立理论。同时，他又指出我们不能无脑信奉我们的感知。因为我们的感知具有欺骗性。

关于感知偏差网上应该有很多有趣的图片。比如几年前网上讨论得很热烈的连衣裙的颜色，以及球鞋的颜色。

这衣服是白金条纹还是蓝黑条纹？我看起来是蓝黑条纹

这鞋子颜色是包含灰色和绿色还是粉色和白色？

我们以为我们的感知是纯粹的，但实际上等我们意识到这些信息存在时，它们已经经过潜意识脑补了。排除感知器官的缺陷，即使我们得到相同的原始信息，我们也会由于大脑的处理机制不同对信息产生不同感受。

除了个体间的感知差异，在某些时候，即使大家的感知具有共识也并不表示这样的感知是正确的。

比如下面这个图，我们无论怎么看也不会认为A和B是相同的颜色。之所以这个结果违背我们的感知，是因为我们的逻辑认定它们的颜色就不应该一样。A和B在灰白相间的格子里，根据逻辑，A的格子根据位置应该出现灰色，而B的格子应该出现白色。

我们的思维定式扭曲了我们对事实的感知，即使知道了真相我们仍然对自己的判断深信不疑。

正如培根在书中所说，为了获取真实的信息，我们的感知需要协助。比如对于这幅图，我们可以用颜色提取器来判断这个图中两个格子的颜色。

A和B的颜色其实是一样的

再比如下图，我们只需要一根手指挡住中间的干扰就可以知道上下两部分颜色是相同的。

人的感知偏差有很多因素，培根提到了四个方面并分别对他们命名：

1. Tribe：指人们从祖先那里继承的刻入大多数人本能的感知偏差，比如绝对大多数人都对上面两幅图具有感知偏差。
2. Den：指每个人具有个体差异的先天感知偏差，比如不同人对连衣裙和球鞋的颜色感知不同。
3. Market：指从人与人交流中形成的后天感知偏差。比如一个家庭或者一个团体的人对审美的偏好比较独特。
4. Theatre：指一个大的社区中形成的影响人的感知的教条。比如一些宗教因素或者一些迷信影响下的思维定式。

除了感知偏差外，对信息的错误归纳以及错误演绎也会影响我们建立正确或更加普适的理论。

对于错误的归纳，我们很容易把信息中的噪声或者个体特性当成有用信息，从而产生过拟合的知识。通过这种方法得到的知识会低于所预期的适用范围。

一个典型的例子就是”何不食肉糜“。晋惠帝深居皇宫，他自己及周围的人都衣食无忧。在他的认知里，全天下所有的人的也都应该是这样的处境。殊不知自己的情况实际是特例。

对于错误的演绎，指使用错误的规律用于个体。比如如果我们认为鲸鱼是鱼类的话，我们就会假定鲸鱼具有鱼类的所有性质，比如有鳃、是变温动物等。

最后，培根也指出当前的试验方法是盲目且愚蠢的。实验的成功很大程度上依赖于运气。在做实验时没有明确目的性，不重视质量。在试验失败后不进行总结而轻言放弃。

第二部分：新的科学方法论

在总结完现存知识积累方法论的缺陷后，培根提出了自己的科学方法论。他认为人类知识积累或者科学进步的过程就是不断了解现实、解读自然的过程。越能符合现实的理论就是越”正确“的理论，而了解现实的最佳途径利用观察样本这样的媒介。

培根同时指出，人们对观察样本进行知识抽取而产生的理论存在局限性。因为样本的数量是有限的，根据有限的样本得到的规律不能一定保证具有普适性。比如在17世纪在澳洲发现第一只黑天鹅之前，欧洲人一直以为世间所有的天鹅都是白色的。

遗憾的是，我们无法为了追求理论绝对正确而去检验世间所有的样本，因为这样做既不可能也没必要。

为了通过有限的样本获得尽可能正确的理论，培根提出通过增加样本多样性的角度来增加样本的普适性。在书中他一共罗列了27种不同类型的样本，它们被统称为”prerogative instances“。他提出如果人们可以在建立理论时关注这27种样本，那么可以大大提升理论的普适性。培根用了这本书第二部分中的绝大篇幅对每一类型的样本的作用进行了详细的描述。

经验主义与理性主义

理性主义是通过纯粹的逻辑推导来得了解世界。经验主义则是通过外部信息来了解世界。

培根的《新工具论》代表着经验主义思想。书中一直强调理论必须符合现实，建立理论的一切信息来源于对现实的观察。这一思想与同时代的另一位科学哲学家笛卡尔的理性主义思想不同点多于共同点。

两者都推崇质疑精神。培根提出我们应该从观察中了解世界并提取知识，同时指出我们不能无脑信奉我们的感知。因为前文我们提到的感知具有欺骗性。

相较于笛卡尔对通过感知获取信息的全盘否定，培根仍然坚信现实信息的价值。他提到，即使人类感知与理解的能力比较弱，我们仍不能否定它们的权威性。感知仍然是积累知识的主力，它们只是需要一些协助来弥补其缺陷。

关于笛卡尔的思想的可以阅读之前的文章”谈谈《谈谈方法》“以及”从我思故我在到黑客帝国“。这里就不展开了。

从培根所在时代到现在的几百年间，科学技术在现代科学方法论的加持下不断发展。最近20年来人工智能的发展更基于数据的经验主义的极致体现。虽然经验主义不是完美的，但却是实用的。