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趣味數學(九) 生死決鬥

(2013-04-29 08:29:39) 下一個

一 兩人對決

在一片荒野之地,甲乙兩人相距百步之外,各自持槍怒目而立。他們簽下了生死文書,接受了如下挑戰:輪流向對方射擊,生死由命,存亡在天。經過抽簽,甲先行。兩人均非百發百中的神槍手:甲乙打中目標的概率分別是a和b,並且都帶有用不完的子彈。

請問,甲乙各自存活的概率是多少?

用p和q分別表示甲乙存活的概率。甲如何才能活下來呢?甲要活下來,隻有通過以下方式。
1:甲第一槍命中,概率為a;
2:甲第一槍不中,乙第一槍也不中,甲第二槍命中,概率為(1-a)(1-b)a;
3:甲第一槍不中,乙第一槍也不中,甲第二槍不中,乙第二槍也不中,甲第三槍命中,概率為(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)a;
4:。。。
等等,等等,依此類推,。。。,所以

p=a+(1-a)(1-b)a+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)a+...
=a{1+(1-a)(1-b)+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)+...}
=a/{1-(1-a)(1-b)}。

同理可得
q=(1-a)b+(1-a)(1-b)(1-a)b+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)(1-a)b+...
=(1-a)b{1+(1-a)(1-b)+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)+...}
=(1-a)b/{1-(1-a)(1-b)}。

概率p,還可用以下辦法通過條件概率算得。

用A表示甲第一槍命中,用B表示甲第一槍不中,乙第一槍命中,用C表示甲第一槍不中,乙第一槍也不中,則:p=P(活|A)P(A) + P(活|B)P(B)+P(活|C)P(C)。
不難算出:P(A)=a,P(B)=(1-a)b,P(C)=(1-a)(1-b),並且P(活|A)=1,P(活|B)=0,P(活|C)=p。為什麽P(活|C)=p?因為這時又是甲先行,舊戲重現。所以p=a+p(1-a)(1-b)。從中也可得p=a/{1-(1-a)(1-b)}。

二 亂世英雄

好萊塢有部經典西部影片“The good, the bad and the ugly”。影片的結尾,三個槍手等距離站立在墓地的一塊空地上,正進行三人的生死角逐,觀眾凝神而視:好人,壞人,醜陋之人,誰將贏得最後的勝利?

我們也將看到一場三人的生死角逐:在曠野之地,等距離地站著甲,乙,丙三人,持槍而立。三人的槍法如下:丙是神槍手,百發百中;乙槍法也佳,十有九中;甲差一點,隻有五五之數。角逐的規則如下:如輪到某人打,他可決定先打誰,如打中,餘下的那人接著打,如未中,則被打之人優先接著打,甲先行。槍擊持續到隻有最後一人勝出。

平時不努力,臨陣徒傷輩,甲該如何辦呀?

大家都想活下來,甲應該先打誰呢?

用a,b,c分別表示甲,乙,丙打中的概率。已知:a=0.5,b=0.9,c=1。

策略一:甲先打乙,P(甲活)=P(甲活|甲打中乙)P(甲打中乙)+P(甲活|甲未打中乙)P(甲未打中乙)。

我們已知P(甲打中乙)=a,P(甲未打中乙)=1-a。如甲打中乙,則輪到丙打,甲必死,所以
P(甲活|甲打中乙)=0。如甲未打中乙,則輪到乙打,乙必先打丙;如打中,便回到甲乙對決的局麵了。如未中,丙必先打乙,乙死,甲有最後一次機會。所以有:
P(甲活)=P(甲活|甲未打中乙)P(甲未打中乙)
   =(1-a)P(甲活|甲未打中乙)
   =(1-a){bP(甲活|乙打中丙)+(1-b)P(甲活|乙未打中丙)}
   =(1-a){ab/[1-(1-a)(1-b)]+(1-b)a}。

代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.26184。

策略二:甲先打丙,P(甲活)=P(甲活|甲打中丙)P(甲打中丙)+P(甲活|甲未打中丙)P(甲未打中丙)。

我們已知P(甲打中丙)=a,P(甲未打中丙)=1-a。如甲打中丙,則輪到乙打,變成甲乙對決乙先打的局麵了。如未中,丙必先打乙,乙死,甲有最後一次機會。
所以有:
P(甲活)=aP(甲活|甲打中丙)+(1-a)P(甲活|甲未打中丙)
   =a(1-b)a/{1-(1-a)(1-b)}+(1-a)a
代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.27631。

兩種策略,甲活的機會都不大,凶多吉少。

但是,且慢,為了活命,甲決定耍次賴皮,還有如下兩種策略,好死不如賴活嘛。

策略三:甲先打丙,但第一次故意不中,丙必先打乙,甲再全力以赴打丙,甲活的概率是a=0.5。

策略四:甲先打乙,但第一次故意不中,乙必先打丙。如乙未打中丙,丙必先去掉乙,甲還有一次全力拚搏的機會。如乙打中丙,又變回甲乙對決的局麵了。所以,

P(甲活)=bP(甲活|乙打中丙)+(1-b)P(甲活|乙未打中丙)
=ba/[1-(1-a)(1-b)]+(1-b)a
代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.52368。

利用策略四,甲存活的概率大大提高,但是有點耍賴,讀者朋友評評,做這個賴皮,值還是不值?

這樣一來,三流混混甲活下來的概率竟然最大。真是亂世出英雄啊!

更為悲劇的是,神槍手丙能活的概率竟然隻有區區的0.05。大家說,哪裏評理去?天妒英才啊!

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