Kategoriarkiv: Matematik

Indlæg om matematik.

Her er den matematiske formel for lykke

Kan man sætte glæde på formel? Ja, et team af forskere kommer nu med deres bud på en matematisk formel, der kan forudsige hvor glad du vil føle dig.

Ifølge artiklen “A computational and neural model of momentary subjective well-being” skrevet af Dr. Robb Rutledge og hans team, kan en persons glædesfølelse forudsiges ved hjælp af denne ligning:

Happiness equation

Glæden(happiness) kan altså udtrykkes som sammenhængen mellem CRj (chosen reward), EVj (expected value)  og RPE (the difference between experienced and predicted rewards). Derudover indeholder ligningen t der er forsøgsnummer, w0 der er en konstant, w der er indflydelsen af forskellige typer af begivenheder, og  0 ≤ γ ≤ 1 der er en forglemmelsesfaktor, der giver nyere oplevelser mere værdi en gamle.

Hvis der sidder en matematiker derude, så uddyb meget gerne i kommentarfeltet herunder.

Artiklen kan findes her.

Så tidligere forventninger, beslutninger og deres udbytte er informationer hjernen bruger til at være så sikker som muligt på, at du vil træffe det valg, der giver dig det største udbytte.

Glædesligningen er baseret på et forsøg med hjerneskanninger af 26 personer, der spillede et simpelt pengespil, og svarede på hvor glade de følte sig undervej. Dette blev udvidet til 18.420 mennesker, der ved hjælpe af et smartphone-spil udførte mere eller mindre risikofyldte valg, og beskrev deres niveau af glæde imens.

Selvom dette eksperiment selv sagt er meget enklere end den virkelige verden, så kan jeg godt genkende mig selv i det. Når en situation er bedre end forventet, bliver man glad. Hvis man f.eks. forventer at det kommer til at gå middel til en eksamen, og man så scorer topkarakterer, så føler man mere glæde, end hvis man havde forventet en topkarakter.

Jo lavere forventning, jo større belønning, jo større glæde.

Der er dog nogen valg, ligningen ikke kan hjælpe med. F.eks hvilken partner man skal vælge, om man skal kvitte sit job eller få en hund for at blive mere lykkelig.

Selvom man ikke er matematiker, kan alle deltage i spillet “The Great Brain Experiment” og hjælpe til at få mere præcise data.

God fornøjelse.

Gratis skolebøger?

Frank Villa, Matbog.dkGæsteindlæg: Dagens gæsteskribent er forfatter og udgiver af MatBog.dk og beskriver sig selv således: “Frank Villa er vist nok 38 år gammel og bor i et hus med stråtag. Han er uddannet i matematik og fysik med en ph.d.-grad i topologisk kvantefeltteori fra Aarhus Universitet. Han har været gymnasielærer siden 2006 og har skrevet en bog om matematik. Desuden rejser han så ofte som muligt hen til steder hvor der er total solformørkelse og/eller vilde dyr”.

Hej, jeg hedder Frank, jeg er naiv.

Richard Stallmann har spillet en væsentlig rolle i min opvækst, og jeg har læst Lawrence Lessigs bog “Free Culture” to gange. Hvis du ikke er bekendt med disse navne, vil jeg lige starte med et ultrakort resumé:

Ideen om fri software og fri kultur kan bedst forstås med udgangspunkt i en misforståelse. Nemlig den misforståelse som kan opstå fordi ordet “fri” og ordet “gratis” staves ens på engelsk.

Richard Stallmann har forklaret forskellen ved at sige at “Free Software” skulle forstås lige som “Free Speech”, men ikke som “Free Beer”.

Desværre er der mange som ikke kender forskel på disse to. I Danmark, hvor vi egentlig har to forskellige ord, er der rigtigt mange (f.eks. 95% af mine lærerkolleger) som tror at software som ligger frit tilgængeligt på internettet kan og bør bruges kvit og frit. Så kan ophavsmændene til denne software jo tjene penge ved at samle flasker i en park. Programmører bliver vel lykkelige fordi vi gider at bruge det som de har lavet? Eller hvad?

I 2005 blev jeg ansat som gymnasielærer i matematik.

Lige som mange andre unge idealister blev jeg overrasket over hvor dårlige de eksisterende lærebøger var. Jeg kunne finde helt grundlæggende, faktuelle misforståelser i næsten hver eneste, og eleverne læste dem simpelt hen ikke.

Lige som mange andre unge idealister med for meget fritid, begyndte jeg derfor at skrive et alternativ. Det startede som nogle supplerende noter og voksede langsomt til at dække omkring halvdelen af alt gymnasiestoffet. Mine elever elskede det. Naturligvis var der en positiv effekt fra at noterne var skrevet i det samme sprog som jeg brugte med dem til hverdag. Og naturligvis var der en positiv effekt fra at vi kunne være fælles om at hade og håne den gamle, dumme bog. Men selv når disse effekter blev fraregnet (bl.a. ved at nogle af mine kolleger brugte noterne), var der en tydelig tendens til at især de middelstærke og stærke elever fik et stort udbytte af at bruge dem.

Ifølge den feedback jeg har fået fra eleverne, adskiller materialet sig på mange punkter fra andre matematikbøger.

  • Det er skrevet i et tidssvarende og læsevenligt sprog med respekt for typografi og korrekte kommaer. Der er meget tekst, så hvis man bare mestrer kunsten at læse, kan man finde forståelige forklaringer på alt hvad der virker mystisk.
  • Der er aldrig gået på kompromis med den matematiske præcision. Når der en gang imellem springes hen over nogle (alt for avancerede) detaljer, så indrømmes det altid åbent. Jeg tror på at man saboterer elevers forståelse af matematik, hvis man giver dem en illusion af at noget uhyre kompliceret er simpelt.
  • Alle definitioner, regler, formuleringer, navngivninger o.s.v. er tænkt meget grundigt igennem. Dvs. der er ingen dumme, intetsigende navne i stil med “tretrinsreglen” eller “topunktsformlen” (Bemærk at der kun er et enkelt “p” i den sidste. Da jeg første gang hørte om dette navn, nægtede jeg at tro på at nogen kunne finde på at bruge det. Men det findes!). Og der er ingen definitioner som strider direkte imod de rigtige definitioner i den etablerede matematik (såsom at definere det bestemte integral som tilvæksten i en stamfunktion, og derefter lade som om alle ved hvad et “areal” er).
  • Det samme stof bliver behandlet fra forskellige vinkler i forskellige dokumenter. F.eks. er definitioner og lange forklaringer henlagt til “Teori og Baggrund”-dokumenter, mens “metoder og eksempler” og “sætning og bevis” har deres egne dokumenttyper. En særlig nyskabelse er “Pointen med…”-dokumenterne som forsøger at forklare hovedemnerne på en simpel måde, hvor detaljer bliver ofret til fordel for den essentielle forståelse.
  • Der er altid plads til eksperimenter. Det som fungerer bliver stående, og det som ikke gør bliver fjernet igen. Eftersom forfatteren også er økonomiansvarlig og chef, går den slags beslutninger enormt hurtigt.
  • Der er plads til humor og pjat. Der er links og referencer til internet-memes og andet ungdomskultur. Som regel er det plat på sådan en “fuld onkel”-agtig måde. Men det giver et tiltrængt afbræk i den tunge stringens i ny og næ, og enkelt elever bliver mere motiverede til at læse, fordi de leder efter det useriøse indslag.
  • Der er fejl, lige som i alle andre bøger. Nogle dokumenter er skrevet klokken 4 om natten i et fly, og det kan ses. Men som den eneste matematikbog i verden, kan både lærere og elever indberette disse fejl elektronisk, og så bliver de rettet mere eller mindre øjeblikkeligt. I gennemsnit går der 2 timer fra en fejl er blevet påpeget til at den er rettet.

Nå, tilbage til historien…

Nu fulgte en periode hvor jeg drømte om at blive rig. Jeg undersøgte mulighederne for at få noterne udgivet som en bog hos et etableret forlag. Men det viste sig hurtigt at de arbejdsvilkår som forlagene tilbyder deres forfattere, og ikke mindst den latterligt lave provision (typisk under 10% af indtægterne fra salg) slet ikke tiltalte mig. Jeg havde brug for meget mere kreativt frirum, og jeg kunne ikke holde tanken ud om at se reklamefolk, slipsetyper og HR-medarbejdere tjene flere penge end mig selv på den bog jeg havde skrevet.

Så jeg bestemte at jeg ville prøve at blive udgiver. Med en filosofi om at selv hvis alting gik galt, så ville det gå bedre end alternativet.

Jeg lagde noterne op på en webside, lavede en spøjs måde at navigere imellem dem på ved hjælp af mindmaps og fik en yderst talentfuld elev til at hjælpe med lidt webdesign.

På den måde opstod MatBog.dk. Min matematikbog. Og lidt senere opstod “IT Teaching Tools” – mit forlag.

Jeg havde en kort periode (faktisk kun et par timer) hvor jeg spekulerede på om man kunne forhindre kopiering og uretmæssig distribution af bogmaterialet.

Det kan man ikke.

Ihvertfald ikke uden at spolere bogmaterialet og irritere brugerne grænseløst. Derfor ligger alt bogmaterialet den dag i dag helt frit tilgængeligt for alle som gider at registrere sig som bruger. De udgives under en Creative Commons licens som udelukkende har til formål at sikre at der ikke er andre som tager æren eller tjener penge på mit arbejde. Og den eneste straf for at dele og downloade dokumenterne andre steder er at man risikerer at få en version som ikke er opdateret med de nyeste rettelser af fejl.

Nu er så min store drøm at de danske gymnasier vil opdage at der ligger et helt frit og overlegent alternativ til de afsindigt dyre bøger og såkaldte “i-bøger” som de etablerede forlag overdænger dem med reklamer for.

Og en endnu større drøm er at de danske gymnasier indser at man faktisk kan og bør betale for frit tilgængeligt materiale.

For at motivere til det sidste har jeg påbegyndt opbygningen af et lille arsenal af “premium features” som man får adgang til hvis man køber et abonnement. Disse er dog langt fra færdige, fordi jeg hverken har tid eller råd til at lægge det arbejde i som kræves.

Men jeg håber at nogen vil indse at det godt kan betale sig at give penge for noget der umiddelbart ser gratis ud. Fordi de kan se at pengene vil blive brugt til noget fornuftigt.

Som sagt: Jeg er naiv.

Sådan vælger du kø i supermarkedet

Jeg har i årevis spekuleret over problemet “hvilken kø er hurtigst” i supermarkedet.

Der er sikkert mange, der vælger kø ud fra, hvilken der er fysisk kortest; altså hvor få meter man har til kasselinjen. Her bliver man dog nemt snydt. For eksempel kan en familie med barnevogn fylde meget, selv om de måske har få varer. Der er desuden stor forskel på, om køen består af folk med få varer eller fyldte indkøbsvogne, om folk i køen er hurtige til at betale, og om ekspedienten er erfaren eller nyansat.

Man må kunne opstille en matematisk model for, hvor lang tid det tager at afvikle den enkelte kø? Køen må afvikles med et tempo, der afhængiger af antallet af varer, typen af kunder, ekspedienten og betalingsformen, men mit problem har altid været, at jeg mangler data! Uden data fra et supermarkeds kassesystem kan jeg ikke validere min model.

Nu opdager jeg så, at en amerikansk matematiklærer faktisk har haft præcis de samme tanker: “This problem has obsessed me for years. It’s my DaVinci code. It’s my love for math, for mathematical reasoning, for the relentless deconstruction of something that seems simply intuitive into data, models, and computation.

Men Dan Meyer, som han hedder, er gået et skridt videre end mig; han har nemlig brugt halvanden time i et supermarked, hvor han med sit stopur timede kundebetjeningen. Resultat blev en fin graf med en nogenlunde lineær sammenhæng mellem den totale tid per kunde og det samlede antal af varer i indkøbskurven:

Tid i sekunder = 3 x (antal varer) + 40

Hver kunde bruger i gennemsnit 40 sekunder på at foretage sin betaling, og hver vare koster 3 sekunder i ekspeditionstid.

Denne lineære regression er lavet for et tilfældigt supermarked i USA, og der er naturligvis mange variable, der ikke er inkluderet. Formlen giver dog en god tommelfingerregel, der siger, at det kan være en fordel af vælge en kort kø, hvor kunderne har mange varer, end en lang kø med få varer.

Vi kan tage et regneeksempel: En kø har to kunder med store indkøbsvogne, der begge har 30 varer i. Denne kø tager 260 sekunder at afvikle. Ved siden af er en “hurtigkø”, hvor man max må have 5 varer. Her står 5 kunder, der alle har 5 varer. Denne kø tager 275 sekunder af afvikle.

Bloggens kommentarspor diskuterer flere forhold ved den forsimplede model, men én ting nævnes af mange: Undgå køer med gamle damer. Dette stemmer godt overens med min egen erfaring, da denne befolkningsgruppe ofte bruger ekstra tid på at finde det præcise kontantbeløb i småmønter eller på at diskutere mistanke om fejl på kassebonen. I USA er de desuden berygtede for at medbringe stabler af rabatkuponer, som også koster ekstra tid.

Min egen erfaring er desuden, at man skal undgå ekspedienter med et badge, der siger “Ny i job”, da der er stor forskel i den ekspedient-specifikke tidsfaktor. Faktisk tror jeg, man kan vinde megen tid ved at observere ekspedienten og ikke køens længde, før man træffer sig valg.

Og så skal man selvfølgelig huske, at køafvikling har masser af stokastisk elementer i sig, hvor det er tilfældigt, om en kunde brokker sig over, at et annonceret tilbud ikke dukker op på bonen, om dankortsystemet er gået ned, om stregkoden ikke registrerer varen, så man skal ringe og spørge om prisen, om letmælken lækker, så der skal hentes en ny i køledisken, etc. Derfor vil man aldrig finde en sikker algoritme til at vælge den hurtigste kø hver eneste gang.

Endelig skal man ikke glemme den psykologiske faktor. Mange vil blive irriteret over, at nabokøen bevæger sig hurtigere, men man glemmer at “fejre” det, når man faktisk vælger den hurtige kø. Dermed lagrer de dårlige oplevelser sig nemmere i hukommelsen end de gode oplevelser, og mange får således opfattelsen af, at “jeg vælger altid den langsomste kø“.

Men hvad siger læserne – er der nogle vigtige variable, der ikke er taget med i ovennævnte overvejelser?

Indlægget blev oprindeligt publiceret på Seiersen Science.