艾賓浩斯曲線記憶法收斂性問題

??艾賓浩斯記憶曲線是德國心理學(xué)家艾賓浩斯提出來的人腦遺忘規(guī)律。利用這一研究成果,人們提出了艾賓浩斯記憶法,也就是定期復(fù)習(xí)之前學(xué)過的知識(shí)。我們以單詞為例,比方說每天新學(xué)一個(gè)單詞,然后后邊按照艾賓浩斯記憶法在固定的時(shí)間復(fù)習(xí)這一個(gè)單詞。那么問題來了,如果我們采用艾賓浩斯記憶法,隨著之前學(xué)習(xí)的單詞越來越多,無窮天以后會(huì)不會(huì)每天要學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)的單詞無窮多,以至于無法操作呢?

??這個(gè)問題我沒有想出非常嚴(yán)格的解法,但是有一個(gè)近似給出解的思路。

??為了方便解這個(gè)問題,我們提出一個(gè)概念:第i個(gè)單詞在第n天被學(xué)到的概率P_i (n),理所當(dāng)然的,n\geq i。這個(gè)P_i(n)定義為\frac{a_n}{n},這個(gè)意思是如果一個(gè)單詞在過了n天的時(shí)候被復(fù)習(xí)過a_n次,那么我們認(rèn)為這個(gè)單詞被學(xué)到的概率為\frac{a_n}{n},可以看出這是一種近似。
??第n天的時(shí)候,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過了n個(gè)單詞。那么第n天需要學(xué)習(xí)的單詞量是之前所有的P_i(n)的和,即\sum_iP_i(n)。我們立即看出來這其實(shí)是一個(gè)無窮級(jí)數(shù)問題。如果P_i(n)與n的關(guān)系是調(diào)諧級(jí)數(shù)關(guān)系的話,即P_i(n)=\frac{1}{n},那么級(jí)數(shù)就不收斂,無窮天以后我們就需要學(xué)習(xí)無窮多個(gè)單詞。如果這個(gè)級(jí)數(shù)是等比級(jí)數(shù)的話,比如說P_i(n)=\frac{1}{n^2},那么級(jí)數(shù)就收斂。調(diào)諧級(jí)數(shù)關(guān)系意味著\frac{a_n}{n}=\frac{1}{n},也就是a_n=1。

??這里我們立即發(fā)現(xiàn)我們之前的假設(shè)存在一個(gè)問題。如果我們假設(shè)P_i (n)=\frac{a_n}{n},那么因?yàn)?img class="math-inline" src="https://math.jianshu.com/math?formula=a_n%3E1" alt="a_n>1" mathimg="1">,我們總是會(huì)得出P_i (n)>\frac{1}{n},因此級(jí)數(shù)總是不能收斂的,這與我們的直覺不符。于是我們懷疑P_i (n)的定義方式可能有點(diǎn)問題。
??經(jīng)過修正的P_i (n)定義方法如下:因?yàn)槲覀円阎S著時(shí)間的推移,復(fù)習(xí)的頻率會(huì)越來越低,所以P_i (n)會(huì)越來越小。所以我們采用這樣一種定義方式是非常適合的:“P_i (n)等于前一次復(fù)習(xí)與前前一次復(fù)習(xí)的時(shí)間分之一?!边@個(gè)理由解釋如下,在前前一次復(fù)習(xí)完成之后到前一次復(fù)習(xí)的m天之內(nèi),進(jìn)行了一次復(fù)習(xí),因此我們?cè)谶@段時(shí)間的復(fù)習(xí)概率等于\frac{1}{m}。
??接下來我們考慮兩種典型的情況。一種是在1,2,4,8,\cdots也就是2^n天時(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。那么鑒于我們的定義方式,我們總是有2^n-2^{n-1}天的時(shí)間里復(fù)習(xí)的概率是2^{n-1}-2^{n-2}。這些天的所有概率相加我們得到無窮大。

……………………
??好吧經(jīng)過一番深思熟慮,這個(gè)問題沒那么復(fù)雜,
我們不妨構(gòu)建一個(gè)一維向量[(1,1,0,1,0,0,0,1,\dots)],其中1表示當(dāng)天需要復(fù)習(xí),0表示不需要復(fù)習(xí)。接著我們構(gòu)建矩陣
\left[ \begin{matrix} &1,&1,&0,&1,&0,&0,&0,&1,&\cdots \\ &&1,&1,&0,&1,&0,&0,&0,&\cdots\\ &&&1,&1,&0,&1,&0,&0,&\cdots\\ &&&&1,&1,&0,&1,&0,&\cdots\\ &&&&&1,&1,&0,&1,&\cdots\\ &&&&&&1,&1,&0,&\cdots\\ &&&&&&&1,&1,&\cdots\\ &&&&&&&&1,&\cdots\\ \end{matrix} \right]
容易證明,想得到第n天需要復(fù)習(xí)的單詞數(shù)量,就等于要得到第n列的求和。而第n列的求和其實(shí)也就是第一行第1個(gè)元素到第n個(gè)元素的求和。由于我們規(guī)定當(dāng)n \to +\infty時(shí),\sum{n} \to +\infty,所以顯然,第n列的和為無窮大,也即無窮天之后需要復(fù)習(xí)無窮多個(gè)單詞。

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