Покладіть штамп, поки він не приземлиться на будь-яке число, окрім 4. Яка ймовірність результату> 4?


20

Гравець отримує справедливу, шестигранну штамп. Щоб виграти, вона повинна прокатати число, що перевищує 4 (тобто 5 або 6). Якщо вона закатає 4, вона повинна прокататися знову. Які шанси на виграш?

Я думаю, що ймовірність виграти може бути виражена рекурсивно як:П(W)

П(W)=П(r=5r=6)+П(r=4)П(W)

Я як 1 мільйон випробувань на Java, як це:0,3999П(W)0,3999

import java.util.Random;
public class Dice {

    public static void main(String[] args) {
        int runs = 1000000000;
        int wins = 0;
        for (int i = 0; i < runs; i++) {
            wins += playGame();
        }
        System.out.println(wins / (double)runs);
    }

    static Random r = new Random();

    private static int playGame() {
        int roll;
        while ((roll = r.nextInt(6) + 1) == 4);
        return (roll == 5 || roll == 6) ? 1 : 0;
    }
}

І я бачу, що можна розширити так:П(W)

П(W)=13+16(13+16(13+16))...

Але я не знаю, як вирішити цей тип відношення рецидиву, не вдаючись до такого наближення. Це можливо?


6
Це багато зусиль, щоб встановити відношення рецидивів. У вас є вагомі підстави вважати, що відповідь - 0,4. Це сильний натяк на те, що існує інший спосіб думати про проблему, на яку ви отримаєте відповідь безпосередньо. Шукайте. Відповідь Геоматта приведе вас туди, що, в свою чергу, допоможе вам зрозуміти, що тут відбувається, і навіть допоможе вам спростити інші проблеми, з якими ви стикаєтеся швидше без подібних зусиль. Якщо на перший погляд складна проблема має просту відповідь, завжди слід вкласти час, щоб спробувати з'ясувати, чому. Виплачує величезні дивіденди пізніше.
Джоель

8
Як тільки ви усвідомлюєте, що через однакові ймовірності всіх шести результатів та незалежність рулонів нічого особливого в цьому конкретному результаті цього експерименту немає, очевидно, що всі п’ять можливих результатів однаково вірогідні.
whuber

6
Я трохи розчарований, що ніхто до цього часу не придумав поглинаючого рішення ланцюга Маркова :-) Біржа Math Stack має шляхетну традицію "рішення надмірного вбивства", яке рідко пронизується до Перевірених схрещувань ...
Silverfish

2
2/5 вибрати будь-який з з тому ваше моделювання, ймовірно, правильне. { 1 , 2 , 3 , 5 , 6 }{5,6}{1,2,3,5,6}
mathreadler

2
Ця публікація проти відповідей - це те, на що я думаю, що вчені даних схожі на статистиків.
bdeonovic

Відповіді:


47

Просто вирішіть це за допомогою алгебри:

П(W)=26+16П(W)56П(W)=26П(W)=25.

2
Зауважте, що цей розрахунок справедливий лише тому, що властивість "Сильний Марків" має місце для дискретних ланцюгів Маркова.
Chill2Macht

Я не пригадую моїх дискретних ланцюжків Маркова, але, я б загрожував, з простої математики, що ви маєте на увазі, що відношення рецидиву є дійсним лише через властивість Сильного Маркова. Після встановлення відношення ми просто вирішуємо для x.
josinalvo

Це правильно?
josinalvo

1
@josinalvo: Технічно питання полягає в тому, чи P (W) з обох сторін рівняння означають однакове. Власність Сильного Маркова означає, що вони це роблять. За відсутності цього властивості P (W) з лівого боку означає "шанс виграти за допомогою цього рулону", а 1/6 * P (W) праворуч означає "шанс виграти після прокрутки 4".
MSalters

81

Примітка. Це відповідь на початкове запитання, а не повторення.

Якщо вона розкачує 4, то вона по суті не рахується, оскільки наступний ролик незалежний. Іншими словами, після катання 4 ситуація така ж, як і коли вона стартувала. Тож ви можете ігнорувати 4. Тоді результати, які можуть мати значення, - 1-3 та 5-6. Є 5 різних результатів, 2 з яких - виграшний. Тож відповідь 2/5 = 0,4 = 40%.


8
Ви можете зробити це трохи прямішим: "Розгляньте перший крен, який не є 4. Тоді результати ..."
Джоел

2
Очі більшості людей перекидаються, коли вони бачать тонни математики, тому мені це більше подобається. В основному ви видаляєте 4 з результатів, тож це 1, 2, 3, 5, 6. Стає очевидним, що у вас є 40% шансів на той момент.
Нельсон

Я подумав це з назви, тому в основному просто пропустив повне запитання після того, як натиснув на нього. Інакше я, мабуть, плутав би себе і другого здогадався!
GeoMatt22

1
@Nelson Я бачив більше людей, очі яких перевертаються, коли вони бачать подібні міркування в проблемі ймовірності, ніж люди, очі яких перекидаються, коли вони бачать . p=а+бp
JiK

Так. Мораль цієї історії така: не намагайтеся зробити проблему важче, ніж це потрібно.
Jay

14

Відповіді dsaxton ( /stats//a/232107/90759 ) та GeoMatt22 ( /stats//a/232107/90759 ) дають найкращі підходи до проблеми. Інше - усвідомити, що твоє вираження

П(W)=13+16(13+16())

Це справді геометрична прогресія :

13+1613+16213+

Загалом у нас є

н=0а0qн=а01-q

так що тут у нас є

П(W)=131-16=13:56=615=25.

Звичайно, спосіб довести загальну формулу для суми геометричної прогресії - це використання алгебраїчного рішення, аналогічного дсакстону.


@William, я не думаю, що ваш коментар є підходящим з кількох причин. 1. Я ніколи не говорив, що для цього вам потрібні геометричні ряди. 2. Поняття, які ви використовуєте у своїй відповіді, є набагато важчим механізмом, іронічно говорити "вам не потрібні геометричні серії! Вам просто потрібно набагато більш просунуте та витончене сильне властивість Маркова". 3. Рішення, яке було простим і суворим, було вже надано dsaxton. Ваш метод є більш крутим і надмірним для цієї проблеми. 4. ОП вже мав вираз, еквівалентний геометричному ряду, хтось мусив це вирішити, можливо, я.
Мені Розенфельд

1
@William: Зрештою, ваша власна відповідь є прекрасною, проникливою та корисною доповненням до зібрання відповідей на питання. Це не означає, що ви повинні звернутися до будь-якої іншої відповіді і сказати, що ваше набагато краще. У них також все добре. Не все слід підходити найбільш абстрактним і загальним способом.
Мені Розенфельд

Минув час, коли я був спеціалістом з математики, тому прошу вибачення, якщо моїй відповіді не вистачало суворості. (Тільки будь ласка, не кажіть мені, що вона покладається на аксіому вибору , як це було б принизливо!) :)
GeoMatt22

3

Усі наведені вище відповіді є правильними, але вони не пояснюють, чому вони правильні, і чому ви можете ігнорувати так багато деталей і уникати необхідності вирішувати складне відношення рецидивів.

Причиною, чому інші відповіді правильні, є властивість Сильного Маркова , яка для дискретного ланцюга Маркова рівнозначна звичайній власності Маркова. https://en.wikipedia.org/wiki/Markov_property#Strong_Markov_property

В основному ідея полягає в тому, що випадкова величина

τ: =(

- час зупинки . https://en.wikipedia.org/wiki/Stopping_time Час зупинки - випадкова величина, яка не залежить від будь-якої майбутньої інформації .

нτ=нτ

τХτ

τ-1τХτ>4

П(Хτ>4|τ=1)=П(Хτ>4|τ=2)==П(Хτ>4|τ=50,000,000)=

τ=1

П(Х1>4|Х4)=П(Х1>4Х14)П(Х14)=П(Х1>4)П(Х14)=1356=1365=25

Детальніше про час зупинки та властивість Сильних Марків ви можете прочитати у розділі 8.3 (4-е видання) Теорії й прикладів імовірностей Дюрретта , стор. 365.


Наскільки я можу сказати з вікі-запису, існування часу зупинки є необхідним, але недостатньою, щоб сказати, що низка подій демонструє SMP. Вибачте, якщо мені не вистачає жартівливого або глибокого розуміння, але чому б просто не припустити, що булочки незалежні і не продовжують це робити?
Якоб Райхле

@JacobRaihle "Сильна власність Маркова, яка для дискретного ланцюга Маркова рівнозначна звичайній власності Маркова." Цей сценарій явно являє собою дискретний ланцюг Маркова. Рулони незалежні, тому це дискретний ланцюжок Маркова. Проблема полягає в тому, що подія "перший крен, який не приземляється на 4", не є незалежною від попередніх рулонів із причин, які, мабуть, очевидні.
Chill2Macht

Не менш зрозуміло, що булочки незалежні. То яка додаткова вигода надає SMP?
Яків Райхле

@JacobRaihle Незважаючи на те, що значення рулонів є незалежними, значення штампу при першому посадці на значення, яке не дорівнює 4, НЕ незалежне від значень, за якими штамп приземлився на попередніх рулонах.
Chill2Macht

Так має бути, оскільки прокат припиняється, як тільки це відбувається. Не може бути жодного ролика, який не є 4, який також не є першим. І навіть якби це не було, я не впевнений, які стосунки ти пропонуєш.
Якоб Райхле

1

Ще один спосіб поглянути на проблему.

Давайте назвемо «реальний результат» 1,2,3,5 або 6.

Яка ймовірність виграти в першому рулоні, якщо ви отримали «реальний результат»? 2/5

Яка ймовірність виграти у другому рулоні, якщо другий ролл уперше отримав "реальний результат"? 2/5

Те саме для третього, четвертого.

Отже, ви можете розбити свій зразок на (нескінченні) менші вибірки, і всі ці зразки дають однакову ймовірність.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.