一道有趣的概率题(Penney's game)

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一道有趣的概率题(Penney's game)

2024-07-08 03:52:08| 来源: 网络整理| 查看: 265

最近看到一个有意思的概率题: 甲乙两人玩掷硬币的游戏。两人连续抛掷硬币,如果最近三次硬币的抛掷结果为“正反反”,则甲胜;如果是“反反正”,则乙胜。问:谁胜的概率更高? 可能大多数人和我一样,第一反应就是不都是1/8(1/2的三次方)的概率嘛。单纯看掷三次硬币的结果好像确实是这样。 来,我们做个小实验验证一下,用python来模拟一下(python代码如下):

import random p1 = 0 p2 = 0 for i in range(100000): last3 = [] while True: x = random.choice([0, 1]) last3.append(x) if len(last3) > 3: last3.pop(0) if last3 == [1, 0, 0]: p1 += 1 break elif last3 == [0, 0, 1]: p2 += 1 break print("甲(正反反)获胜次数:", p1) print("乙(反反正)获胜次数:", p2)

我们假设投掷100000次,并记录投掷序列中出现“正反反”和“反反正”次数,然后惊讶的发现结果竟然是这样子的:

甲(正反反)获胜次数: 74963 乙(反反正)获胜次数: 25037

为什么会这个亚子,甲赢的概率竟然是乙的三倍。实际上这是一个比较经典的概率游戏,它的原名叫做Penney’s game,于1969年被提出,在不少数学书籍和编程算法题中被引用。我们尝试从数学角度来解释一下: 首先我们要注意一下这个游戏的前提条件,“连续抛掷硬币”,这意味着投掷结果是一个序列,例如:正反正反…,我们再看一下甲乙的获胜子序列,“正反反”和“反反正”,甲获胜的可能性比较复杂,但是乙胜的情况却只能是从一开始就一直是反,如下:

反反正 反反反正 反反反反正 ......

如果两个反之前一但有正,就会造成甲的胜利。因此乙获胜的概率就是:(1/2)**3 + (1/2)**4+(1/2)**5+…。 这是一个收敛的几何级数,也就是等比数列,可以通过公式求和:a1/(1-r)=(1/8)/(1-1/2) = 1/4。

如果还有些想不通,我们就来修改一下限定条件,我们每投掷三次就重新开始,代码如下:

import random p1 = 0 p2 = 0 for i in range(100000): last3 = [] for j in range(3): last3.append(random.choice([0, 1])) if last3 == [1, 0, 0]: p1 += 1 elif last3 == [0, 0, 1]: p2 += 1 print("甲(正反反)获胜次数:", p1) print("乙(反反正)获胜次数:", p2)

结果如下:

甲(正反反)获胜次数: 12443 乙(反反正)获胜次数: 12527

这样甲乙获胜的概率就是一样的了,这种情况下甲乙获胜的情况相互独立,没有依赖关系,都是1/8。两种情况对比一下是不是就能理解了呢。

参考: [1].https://mp.weixin.qq.com/s/GayvpEZXXS0vVI6Z4AOm1Q



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