第一性原理从发酵模型到科研工作的方法论

在学习发酵建模过程中，一些文献提到了采取“第一性原理”建模的方法。因此我去查了一下什么是“第一性原理"。我们知道发酵工艺的建模可以分为多种类型，比如机理模型，经验模型和混合模型。具体可参考以下文章：

发酵过程数学建模和过程控制优化

第一性原理建模可以简单的理解为机理模型。那么到底什么是“第一性原理”？其实这并不是一个非常容易理解的概念。

第一性原理的概念

公元前4世纪，亚里士多德在哲学著作《形而上学》中提出了第一性原理——每个系统中存在一个最基本的命题，它不能被违背或删除。也就是说，每个领域或每个系统中都存在一个本质上正确，无需证明的最底层的真理。

发酵过程自然也是一个系统，在这个系统中肯定也存在着本质上正确的最底层的真理。比如我们发酵建模中应用到的热力学模型，动力学模型，化学计量模型，这些都是基于非常传统的物理化学概念和平衡、传递思维的。这些东西很多是最基本的真确的真理。因此我们可以理解机理模型为基于第一性原理建立的模型。

我们需要提炼一下第一性原理里面的关键词：每一个系统，最基本的，最底层的，正确的。正是第一性原理有这三个属性，使得第一性原理的应用得到了广泛扩展。

创新·商业领域

马斯克在2012年接受Kevin Rose采访时阐释了他对第一性原理的理解：

英文：

“I think people’s thinking process is too bound by convention or analogy to prior experiences. It’s rare that people try to think of something on a first principles basis. They’ll say, “We’ll do that because it’s always been done that way.” Or they’ll not do it because “Well, nobody’s ever done that, so it must not be good. But that’s just a ridiculous way to think. You have to build up the reasoning from the ground up—“from the first principles” is the phrase that’s used in physics. You look at the fundamentals and construct your reasoning from that, and then you see if you have a conclusion that works or doesn’t work, and it may or may not be different from what people have done in the past”

中文：

"我认为人们的思维过程太受惯例或对先前经验的类比的约束。人们很少尝试在第一性原理的基础上思考问题。他们会说‘我们会这样做，因为它一直都是这样做的’，或者他们不会这样做，因为没有人这样做过，所以它一定不会好，但这只是一种可笑的思考方式。你必须从基础上建立推理，也就是"第一性原理"，你看一下基本原理，并从中构建你的推理，然后你看看你的结论是否可行或不可行，它可能会或可能不会与人们过去所做的不同"

马斯克想要发射一枚火箭到太空，然而成本太高，如果不追求最基本的问题，那么马斯克是不可能改变这个现状的，因此在“第一性原理”的指导下他建立了SpaceX。

不仅仅是马斯克，小米公司也一直在采用该原理，比如小米手机在想着制造一款价格极低的手机时，肯定在问决定手机销售价格的最基本的成分是什么：各种元器件成本，经销商层层提价，广告费用。那么怎么样降低这些费用，这所有的问题最终都落到了建立自己的销售渠道，极低的价格带来的极高的销量，只有这样才能整合供应链，才能不需要经销商，不需要过多的广告费用。

第一性原理的思维方式

采取第一性原理进行学习、工作和生活是一个化繁为简的方法，是一种方法论。第一性原理不是高高在上的理论，而是能够和我们普通人的工作、科研和生活紧密结合的。在日常工作和生活中我们不妨尝试以第一性原理来思考和解决问题。

再来看第一性原理里面的关键词：每一个系统，最基本的，最底层的，正确的。强调第一性原理存在的普遍性，如何一个问题都应该能采取该原理进行一定程度的解释。强调我们所获得的原理的基础性和正确性。因此，采取第一性原理思考问题，就是把握事情本质的正确的原理，然后再在此基础上进行推演。我们可以采取的一些方法：

质疑现有条件下的假设：很显然，我们现在的科研、工作、甚至生活基本上都是建立在前人一系列先验知识基础上的，这些知识并不说一定正确的，而是需要在某些条件的假设下才能正确。如果我们不质疑假设，跳出原来的视角，就不可能得到更好的解决方法，一个看似不可能解决的问题，跳出原来的假设，可能就能得到很好的解决。

得到最基本的原则：也就是第一性原理，在跳出假设后并不能天马行空，我们必定要遵循一定的原理，那么这个就应该是把我事物最底层的，正确的原则。

基于第一性原理的创新的演绎和推理：在掌握第一性原理后，我们大部分情况需要进一步的去演绎，推理出属于自己的创新的方法，如果不创新就又会落入到原有的假设上。

验证和优化：就像建立发酵模型一样，我们需要想办法验证模型的可行性，并进一步对模型进行优化。

这本东方甄选推荐的书中讲了很多底层逻辑的思维方式，感兴趣的可以看看。