我來談談這個問題——三個盒子的概率題

來源: 魁北克人 2015-04-23 14:57:21 [] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (7930 bytes)
體壇imayazifan出了一道趣味題,如下:(http://bbs.wenxuecity.com/sports/1013578.html)

話說一日賭棍逃課路過了麻子開的賭莊。嗜賭如命的逃課哪有過賭莊不入的道理。施施然踱入院中。隻見麻子手指三個盒子在那裏大呼小叫"我這裏有三個盒子,其中一個裏麵有個香蕉盒子。交上5塊錢你就可以猜一猜。猜中了香蕉盒子歸你"。逃課眼珠一轉,心想天下竟有這等好事。這賭莊的老板大概是錢多的沒地方花,才設了個這麽個弱智的局。二話沒說5塊大洋拍在了桌上。上下左右打亮了一下這三個盒子,挑了一個最鍾意的。還沒等逃課打開手中的盒子,麻子大喊一聲"且慢",隨即打開了自己手中的一個盒子,裏麵空空如也。麻子笑眯眯地問逃課"你想不想換剩下的另一個盒子?" 逃課吃了一驚,心想這是什麽門道。難道他做弊挖了個坑等我跳?還沒等逃課回過神,看熱鬧的人群中山寨高聲嚷道"這位客人不要上了麻子的當,換不換你得香蕉盒子的機會都是5成。還是守著你的初戀不換的好". 話音未落,另一個看客鋼絲笑岔了氣,"客官你好運氣,趕緊換趕緊換,換了你得香蕉盒子的機會就比你原來的翻了一倍"。

逃課聰明一世糊塗一時,覺的山寨鋼絲說的好象都有道理。你說呢?


很顯然,這道題本自著名的Monty Hall problem。對於這個問題的正確答案,已經爭論了上百年,爭論之聲至今不絕,以至於這個問題也被冠名為悖論,Bertrand's Box Paradox。

為何大家爭論不休呢?關鍵是大家都在紙上談兵,而都不去親自試一下。當然,像Martin Gardner那樣表達成three prisoners problem,事關生死,就不好試了。但可以玩遊戲。小家庭三四口人,重複玩它一兩百次,答案自明。這種玩法,還有個學名,叫Monte Carlo simulation。

具體到上麵的問題,山寨和鋼絲正好代表了兩種典型的意見,即
山寨:換不換都一樣。理由是打開一個盒子後,剩下兩個盒子的概率同時發生變化,都增加到1/2,還是相等
鋼絲:必須換。理由是打開一個盒子後,逃課選中的那個盒子的概率是不變的,仍是1/3;而剩下那一個盒子的概率增加到2/3,即增加一倍概率。

先說逃課的選擇:換。根本不用去考慮山寨和鋼絲誰說的對,隻要他們倆肯定有一個人說的對的話,那就換,因為這樣做不虧(山寨對,換不換一樣,換也不虧;鋼絲對,換就賺了,當然不虧)。

現在來談原來的問題,即三個盒子問題。
山寨的意見,代表一大部分受過高等教育的有識之士的看法,其中包括現代最偉大的數學家Paul Erdos。他們的主要論點是,一旦打開一個空盒子,那麽就變成了條件概率問題,剩下的兩個盒子哪個裏麵有東西,還是不知。如果現在來一個新人,讓他挑選一個,那兩個盒子的概率肯定是均等的,選哪個都一樣。這個新人,與盒子打開後的山寨麵臨的是同樣的問題,答案自然也一樣。
鋼絲的意見,代表人物是Marilyn vos Savant 和Martin Gardner,也都是響當當的人物,盡管比Paul Erdos要差幾個數量級。他們的主要論點是,原來選中的那個盒子裏麵有沒有東西的概率,已經定了,不受後來打開一個空盒的影響,並且把各種情形羅列了出來,作為證明。
平心而論,鋼絲們的這種“證明”,沒有讓我感到信服。
我現在試用我自己的證明方法,來讓我自己感到信服。

先把原題重新formulate一下:
1. 麻子網友把三個盒子並排擺放在桌麵上,其中一個裏麵有香蕉盒子
2. 逃課網友從中挑選了一個
3. 麻子網友把挑選出來的盒子放在最左邊,我們稱之為A盒
4. 麻子網友從另外兩個盒子裏,打開一個空盒,放在最右邊,我們稱之為C盒。
5. 剩下那一個放在中間,我們稱之為B盒。現在A、B、C三個盒子並排而列。
問題是逃課的A盒,要不要換成B盒呢?前麵已經說了答案,不管誰對誰錯,都換,隻賺不虧。

現在我們需要刨根問底一下:A、B盒裏有東西的概率是多少?是山寨的A(1/2)和B(1/2),還是鋼絲的A(1/3)和B(2/3)?

在未具體證明之前,先說答案:A(1/3)和B(2/3)

我還沒見到有人跟我一樣的解答過程,故下麵說的詳細一些:

但我們現在來做些鋪墊。
大家都有用Excel的經驗。Excel的背景一般是白色的。如果我們在一格裏用白色字體寫上“香蕉盒子”幾個字,你是看不出來的。但如果用鼠標按住左鍵掃過這個格子,這幾個字就顯影了。
另外一個是想象一下並排有幾個格子,其間的格板可以拉起來,把兩個格子合並成一個格子,也可以平移格子,使格子變長變短,還可以把格子提起來(連同裏麵的東西),放到另外的位置。

證明方法是采用並行演示的方法,後兩種顯而易見證明了概率分布是1/3 + 2/3,因此原題的結果也是1/3 + 2/3。

1.
a. 麻子網友把三個盒子並排擺放在桌麵上,其中一個裏麵有香蕉盒子
b. 在Excel的第一列頭3個格子裏,其中一個麻子網友用白色字體寫上“香蕉盒子”4個字
c. 麻子網友在並排三個可移動的格子裏,任選一個放進一個香蕉盒子

2.
a. 逃課網友從中挑選了一個
b. 逃課網友從中指定了一個Excel格子
c. 逃課網友在並排三個可移動格子裏,指定一個

3.
a. 麻子網友把挑選出來的盒子放在最左邊,我們稱之為A盒
b. 麻子網友把逃課網友指定的Excel那列,cut+insert到第一列,A列
c. 麻子網友把逃課網友指定的那個格子,移到第一個位置,A格

4.
a. 麻子網友從另外兩個盒子裏,打開一個空盒,放在最右邊,我們稱之為C盒
b. 麻子網友把Excel第一行的第2、3兩個格子,點merge,再點unmerge,則最右邊為空格。如果這兩個格子裏,不管哪個格子裏有“香蕉盒子”字樣,現在肯定在中間那個。第3列為C列。
c. 把移動格子裏麵第2、3格子中間的擋板拉開,2、3個變成一個格子。再把擋板在格子的外邊插下去,形成一個空格,C格。

5.
a. 剩下那一個放在中間,我們稱之為B盒。現在A、B、C三個盒子並排而列。
b. Excel第一行第2格,B格。現在A、B、C三個格子並排而列。
c. 可移動格子的A格和C格之間是拉開擋板而形成的格子,B格。

對於步驟b.和c.,沒有爭議的,可以看出是A(1/3) + B(2/3)。由此,原題的a.步驟,給出的也是A(1/3) + B(2/3)

證畢。

所有跟帖: 

有意思! -亂彈- 給 亂彈 發送悄悄話 亂彈 的博客首頁 (0 bytes) () 04/23/2015 postreply 18:48:29

這個問題最簡單的解法是假設這個遊戲有100個盒子。。。 -小二哥李白- 給 小二哥李白 發送悄悄話 小二哥李白 的博客首頁 (113 bytes) () 04/24/2015 postreply 18:31:24

當然換了 -wyjhyd- 給 wyjhyd 發送悄悄話 (0 bytes) () 06/29/2015 postreply 10:07:46

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