随机过程一维概率密度问题:要过程

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2015国考数量关系:排列组合与概率问题
  中公教育专家通过对真题的深入研究发现,排列组合与概率问题在国家公务员考试中出现频率较大,几乎每年都会考查该类题型。公务员的日常工作更多地涉及到统计相关知识,因此这部分题型会愈加被重视。
  在现实生活中我们经常会遇到排座次、分配任务等问题,用到的都是排列组合原理,即便是最简单的概率问题也要利用排列组合原理计算。与此同时,排列组合中还有很多经典问题模型,其结论可以帮助我们速解该部分题型。
  一、基础原理
  二、基本解题策略
  面对排列组合问题,中公教育专家通过多年的研究经验找出了其常用的三种解题策略:
  1.合理分类策略
  ①类与类之间必须互斥(互不相容);②分类涵盖所有情况。
  2.准确分步策略
  ①步与步之间互相独立(不相互影响);②步与步之间保持连续性。
  3.先组后排策略
  当排列问题和组合问题相混合时,应该先通过组合问题将需要排列的元素选择出来,然后再进行排列。
  【例题1】奶奶有6&颗口味各不相同的糖,现分给3&个孙子,其中1&人得1&颗、1&人得2&颗、1人得3颗,则共有(&&&&)种分法。
  中公解析:此题答案为D。此题既涉及排列问题(参加6颗口味各不同的糖),又涉及组合问题(分给三个孙子,每人分得糖数不同),应该先组后排。
  三、概率问题
  概率是一个介于0到1之间的数,是对随机事件发生可能性的测度。概率问题经常与排列组合结合考查。因此解决概率问题要先明确概率的定义,然后运用排列组合知识求解。
  1.传统概率问题
  【例题2】田忌与齐威王赛马并最终获胜被传为佳话。假设齐威王以上等马、中等马和下等马的固定顺序排阵,那么田忌随机将自己的三匹马排阵时,能够获得两场胜利的概率是(&&&&)。
  中公解析:此题答案为C。
  2.条件概率
  在事件B已经发生的前提下,事件A发生的概率称为条件概率,即A在B条件下的概率。
  P(AB)为AB同时发生的概率,P(B)为事件B单独发生的概率。
  【例题3】小孙的口袋里有四颗糖,一颗巧克力味的,一颗果味的,两颗牛奶味的。小孙任意从口袋里取出两颗糖,他看了看后说,其中一颗是牛奶味的。问小孙取出的另一颗糖也是牛奶味的可能性(概率)是多少?
  四、排列组合问题特殊解法
  排列组合问题用到的方法比较特殊,缘于这些方法都是在对问题进行变形,把不容易理解的问题转化为简单的排列组合问题。
  1.捆绑法
  排列时如要求几个元素相邻,则将它们捆绑起来视为一个整体参与排列,然后再考虑它们内部的排列情况。
  【例题4】&某展览馆计划4月上旬接待5个单位来参观,其中2个单位人较多,分别连续参观3天和2天,其他单位只参观1天,且每天最多只接待1个单位。问:参观的时间安排共(&&&&)种。
  2.插空法
  排列时如要求几个元素不相邻,则把不能相邻的元素插到其他元素形成的“空隙”中去。
  【例题5】将三盆同样的红花和四盆同样的黄花摆放成一排,要求三盆红花互不相邻,共有多少种不同的方法?
  3.插板法
  若要求把n个元素分成m堆(每堆至少有1个),则把(m-1)个木板插入这n个元素形成的(n-1)个“空隙”中去可实现上述要求。
  【例题6】某单位订阅了30份学习材料发放给3个部门,每个部门至少发放9份材料。问一共有多少种不同的发放方法?
  【例题7】一张节目表上原有3个节目,如果保持这3个节目的相对顺序不变,再添进去2个新节目,有多少种安排方法?
  5.分析问题对立面
  很多问题分类讨论起来很麻烦,但是它的对立面却很好计算,此时只需要算出总体的情况数再减去对立面的情况数。
  【例题8】某班同学要订A、B、C、D四种学习报,每人至少订一种,最多订四种,那么每个同学有多少种不同的订报方式?
  中公解析:从中公的命题分析来看,题中的事件有多种情况,最直接的方法自然是分类讨论,但类别太多,此时应优先考虑它的对立面,看是不是要比问题本身简单。
  “至少1种,至多4种”,结合题干,其反面是“1本都不订”。每种报纸有订或不订2种选择,则共有2×2×2×2=16种订法,反面情况为1种,则所求就是16-1=15种。
  五、经典问题模型
  排列组合中有若干经典问题分析起来较复杂,我们可直接利用这类问题的结论。其中主要介绍以下三类经典问题:环线排列问题、错位重排问题、传球问题。我们需要记住这些问题的结论。
  本文由中公教育供稿
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看过本文的人还看过概率问题:胜率代表了什么?
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概率问题:胜率代表了什么?
【猪小宝的回答(184票)】:
举个不那么严谨的、直观的例子,NBA 常规赛,马刺60胜20负,山猫32胜48负,假设两队在第一轮季后赛相遇,问各自的胜率有多少?
第一个问题:已知积累足够多的数据,A 的胜率60%,B 的胜率40%,那么 A 和 B 相遇,一场定生死,则 A 胜出的是多少?
现实中有没有这种实例呢?有!美国职业棒球联盟就是个例子,比赛本身偶然性不是那么的强,数据记录已经延续了几十年。
通过这些数据的分析,Bill James 提出了用于估算美国职业棒球联赛胜率的
A=0.6,B=0.4,则 A 赢的概率是
事实上,它的来源是 Bill James 提出的另一个公式 。按照这个公式,A 60胜40负,「能力值」是60除以40等于1.5;B 40胜60负,「能力值」是40除以60,等于0.666。A 赢的概率是
通过与这些年联赛数据的对比,Bill James 也在做着相应的修正。但这两个公式起码可以提供一个近似的估算结果,与实际比赛结果也非常接近。
第二个问题:如果 A、B 连续对决多次,采用三局两胜或者七局四胜,结果如何?
如果比的局次少,输赢的概率按照胜率的相对强弱关系;比的局次足够多,胜率大的那一方总能赢。
只比一局,69.2%;三局两胜,77.42%;五局三胜,82.66%;七局四胜,86.38%;九局五胜,89.15%;十一局六胜,91.27%……17局9胜,95.30%……101局51胜,99.9972%……
一局决胜负,可能的情况有两种。A,B。按照相对强弱对比,A 概率 69.2%,B 概率 30.8%。这两个概率都远远大于5%,都是大概率事件,所以都有可能发生。A 获胜的概率较大,但并不能保证一定能获胜。比100次单场决胜负,B 大约能赢30次。
有的同学说,不对啊,虽然A胜率60%,B胜率40%,A的胜率比B高,实力也比B强,但万一 A 就是从未赢过 B 呢?没错,的确有这种可能,B 是 A 的苦主。所以,我们说 B 赢的可能性也有 30.8% ,这种情况就完全包含在这 30.8% 里。而且,A 从未赢过 B,不代表这次就不能赢 B。
三局两胜,结局共有八种,我们用A代表A胜,B代表B胜。这八种情况分别是,AAA,AAB,ABA,ABB,BAA,BAB,BBA,BBB。八种情况的概率分别为
AAA 0.692^3=0.331
AAB (0.692^2)*(0.308)=0.147
ABB (0.308^2)*(0.692)=0.066
BBB 0.308^3=0.029
A 最终胜出的情况为前四种,相加为 0.331+0.147+0.147+0.147=0.77
B 最终胜出的情况为后四种,相加为 0.066+0.066+0.066+0.029=0.23
也就是,三局两胜,A 赢的概率上升到 77%,B 赢的概率下降到23%。但是,23%还是大概率事件,依然有可能发生。也就是说,比100次三局两胜,B 依然能赢差不多 23 次。
同理,我们再考虑五局三胜的情况。
A 最终胜出的情况有
五局横扫全胜,一种情况:AAAAA,概率为 0.692^5=0.159
赢了其中的四局,五种情况:BAAAA、ABAAA、AABAA、AAABA、AAAAB,总概率为5*(0.692^4)*(0.308)=0.353
赢了其中的三局,十种情况:BBAAA、BABAA……总概率为10*(0.692^3)*(0.308^2)=0.314
A 胜出的概率为 0.159+0.353+0.314=0.826
也就是说,如果五局三胜,A 的胜率上升到82.6%。比100次五局三胜,B 依然能赢差不多17次。
如果我们认为概率小于5%的事件是小概率事件,那么就意外着,A 和 B 至少要进行17局9胜的系列赛,B获胜才是个小概率事件。
现在,你知道为什么 NBA 季后赛要七战四胜、斯诺克世锦赛甚至要35局18胜了吧?
回到我们开头的小例子,马刺60胜20负,胜率0.75,山猫32胜48负,胜率0.4。七局四胜,此时两者的相对强弱对比
。马刺赢下季后赛的概率是 97.6%,山猫爆冷上演奇迹的概率是 2.4%。但是,如果不是七局四胜,而是一场定生死,那马刺赢的概率只有81.8%,山猫可是有高达 18.2% 的概率爆冷赢马刺哦。
我们再来看看AB比赛A获胜的场次情况:
一局决胜,A 获胜的情况只有1种,A。
三局两胜,A 获胜的情况有 1+3种,全胜AAA这1种,两胜一负AAB、ABA、BAA 这三种。
五局三胜,A 获胜的情况有 1+5+10种……
七局四胜,A 获胜的情况有 1+7+21+35种……
九局五胜,A 获胜的情况有 1+9+36+84+126种……
……听说过有个叫帕斯卡三角的东西吗?在我们的中学课本里,它被叫做杨辉三角。现在你知道它的用处和来历了吧?
【Cloud的回答(7票)】:
之前答案可能带有攻击性,修改下,如果有冒犯的地方给大家陪个不是,望海涵。
既然关于这个还有争论,那我再解释下自己看法。
把题目换个说法:AB的胜率分别为60和40,然后估计下AB对战的胜率。这样可能好理解点。个人认为之所以会认为无解是对于题目里这个胜率的理解有点分歧。这里的胜率应该有两种意思,一种是抽取的AB胜率分别为60和40,此处的胜率是总体的信息,表述的是总体的分布特征。第二种是问题里所要求的胜率,这里的胜率是所抽取样本的可能分布。两者的含义应该是不同的,不少人概念混杂以至于觉得问题多余或者无解。这里叙述可能有点不清晰,举个例子吧。
有十一张卡片,上面分别写着0到10十一个数字,那么我们可以得出卡片上数字的平均数是5,确定值。对应上面的,这个平均数就是对于总体信息的描述。然后,从十一张卡片里面抽取2张卡片,取平均数。显然,这里的平均数突然就由确定变为不确定了,因为这里的平均数是对于样本分布的反映,由于样本的随机性而变为一个随机变量。同样的,这里的样本平均数就对应于上面所要求的胜率。
于是,可能有的人并未分清两者的区别,所以根据样本的随机性,并不可能求得一个像总体信息一样的确定值胜率,所以无解。不过,虽然胜率是一个随机变量,如果能求出其概率分布情况,也就能对胜率有一个充分的预估。那么有理由说胜率的概率分布有着同等的意义,而由所给的总体信息可以推导出样本胜率的分布,所以说胜率是可求的。
还是以上面的卡片为例。知道总体均值为5,于是能够推出每次样本均值的概率分布情况。即使对于每一次抽取样本的平均数没法具体确定,但是仍有理由认为样本平均数期望为5。
这就是对于胜率进行估计的基础。
虽然可能没多少人看得懂,我还是写下我之前推导的完整计算过程。
胜率为60和40的个体都是无穷的,他们之间的关系也是不确定的,所以求的是胜率的期望值而不是具体关系。题目问的是随机选取胜率为60和40的两个个体(并不知道他们之前的胜负关系),根据两者的胜率信息来估计这两个随机个体之间的对战胜率。
按照这个理解,我的思路是由无穷这一条件,对每个参赛者假定X这一随机变量,表示与随机对手对战时若赢X=1,若输X=0,那么X的均值也就是胜率是服从正态分布的,分布的均值和方差可以由伯努利分布和条件导出。
推导过程:设参赛者与随机对手比赛n次(这里n趋近于无穷),这是一个典型的伯努利实验,那么X的均值(即胜率)为P,方差为P(1-P)/n ,也就是其胜率服从均值为P,方差为P(1-P)/n的正态分布。
那么,对于最后的问题可以假设X与Y两个随机变量分别表示A和B的胜率,两者均服从已知的正态分布。
对于A选手,胜率
对于B选手,其胜率
简便起见设
现在求A与B的对战胜率相当于在X+Y=1这一限定条件下求X的期望。此时X和Y的联合分布为二维正态分布,假设其相关系数为
则联合分布函数为:
x+y=1的条件下,条件概率分布为:
已知条件分布,对X积分求期望得
根据这个题目给的条件,正好求出来的期望与假定的相关系数无关,不知道推广到其他情况是否也与相关系数无关,计算量太大,不尝试了。
【王宇睿的回答(7票)】:
以下是来自山村的思维法:
假设AB对决时,A获胜的概率为X
当X为100%时,A选手的胜率依然能够是60%(在其他选手那里多输一点),B选手的胜率依然能够为40%
当X为0%时,A选手的胜率依然能够是60%(在其他选手那里多赢一点),B选手的胜率依然能够为40%
当X为任意数时,都可以让A选手的胜率为60%,B选手的胜率为40%
所以A,B选手的胜率,并不会影响到A对B的胜率。AB对决,A获胜的概率可以是任意值。
======================
修正下答案,我结合了下后面的评论,把答案完善了一下
首先,我觉得我们基本同意了,答案是什么,会与是什么运动相关
把题目抽象为:
假设有一个无限大的运动馆,里面有无数多个运动员在不知疲倦地比赛,任意两人间已进行无数多场比赛。
已知A选手的胜率为60%,B选手的胜率为40%。
今AB对决,求A获胜的概率。
那如果这个运动是一个类似抽牌比大小的运动:A有100张牌,60张是4,40长是1;B有100张牌,100张都是3;其他选手都是60张3,40张2。这样的运动,A胜率必定是60%,A胜B的概率也必定是60%。
如果这个运动是一个类似猜拳的游戏:拳头和布,但是引入许多新的手势,新的手势之间不一定要互相对应的关系,但是会导致拳头的胜率是60%,布的胜率是40%。这样的运动,A胜率是60%,但是A胜B的概率就只有0%。
最后回到台球上来。我刚刚已经得出结论,A胜B的概率是多少,会取决于这个运动。
所以,这个问题的答案,是需要去考虑一些额外的条件的。
所以,去分析台球这项运动,会怎么样去影响这个概率,并得出一个相对准确的模型,才能得出答案。我不太了解台球,但是我至少知道斯诺克也是存在防守技巧的。我不太相信台球会和上面的抽牌的例子一样,不存在相克的关系。
【塞莱尼阿卡沙的回答(4票)】:
这么简单的问题楼上给的都是神马鸟答案啊...居然还有说无解的我擦,你们大学条件概率都学到哪去了...
也就 给出的答案还靠点谱,不过Bill James的公式原理你们理解么?...
来给出最易懂的答案:
A与B对决结果只有四种情况:A赢B赢,A输B输,A赢B输,A输B赢
根据不存在平局的可能性,所以前两种要排除掉,那么后两种的概率合是
1-A赢×B赢-A输×B输=1-(0.6×0.4)-(1-0.6)×(1-0.4)=A+B-2AB也就是Bill James公式的分母
A赢B输的概率是:A赢×B输=0.6×(1-0.4)=A(1-B)也就是Bill James公式的分子
所以A赢B输的条件概率是:以上两个式子的比值。
【谭峻的回答(0票)】:
事实上,不同级别的选手是可以辗压的。。。
首先,我们不考虑这种情况。
那么楼上@刘 同学的算法是对的,我来描述的更乡土一点吧
我们把这个问题简化成概率中常用的抽乒乓球问题。
假设题中的比赛规则如下:
1 每个选手有不同数量的球
2 比赛时,双方先把球放桶里
3 随机抽出一个球,抽到谁的算谁赢
在这个规则下,假设所有人平均有100个球。则获胜概率60%的人有
X/X+100=0.6,即150个,获胜概率40%的人为200/3个。
A获胜概率:150/(150+200/3)=9/13
结论跟楼上的@刘 同学一致。
好了,我们再来考虑真实世界。实际上,不同级别选手对战的胜率不是可以用概率来平均的。
举几个极端的例子,假设一共有101个选手,实力值分别是0—100,实力低的永远打不过实力高,显然,题中的A选手实力值是60,选手B的实力值是40。B获胜概率是100%。
再比如,选手直接是有等级之分的,低等级打不过高等级。
再再比如,高实力值的人对战低实力值胜率是90%;或者胜率按实力值差距等比递增。
结论,题设不足,此题无解。但是9/13在某些前提下是个可供参考的答案。
【王新蜂的回答(0票)】:
是不是要看他们之间历史对战情况才好下定夺啊,这种两人对战的并不能看作随机事件吧
【许可的回答(0票)】:
我也觉得无解,给的条件太少,比如厉害程度是否有传递性,如何传递这些信息都没给出来。比如A赢B的概率是0.8,B赢C的概率是0.6,那A赢C的概率是多少仅靠给出的条件是无法得出的。
我再举个极端的例子吧,不知道大家还记不得记得以前那种动物棋,大象最屌,狮子其次,过了是老虎...老鼠最渣,不过老鼠可以钻到大象鼻子里面去,所以大象遇老鼠老鼠赢。假设把各种动物混到一起让他们无穷多次相遇,如果有11种,那下来大象的总体胜率应该是0.9,老鼠的胜率应该是0.1,这时候如果让老鼠跟大象比试的话老鼠反而有100%的胜率。
在运动比赛中一般A比B厉害B比C厉害那么A还是会比C厉害一些,不像刚才说的那么极端,不过模型给的不详细的话很难定量判断这个胜率如何传递。也就无从回答题目中的问题了。
再举一个例子吧,比如说这个比赛就像比高矮一样,每两个人相遇他们的胜率只能是0和1,意思如果A能赢B,那么A总能赢B,同时如果A赢B,B赢C,那么A一定能赢C。这样在无穷多个人之中互相比试无穷多次,A胜率0.6,B的胜率0.4,假设身高是从0-1m等可能分布的(怎么分布都不影响,等可能分布更方便计算),那A的身高应该是0.6m,B的身高应该是0.4m,A赢B的概率100%.但如果换成另外的比赛模型,那胜率就显然不同了。
【刘陈佳的回答(0票)】:
① 里面有无数多个球手在不知疲倦地比赛,那我给每个球手用大于零的有理数编一个号,则0~无穷大之间任何一个有理数X代表一个球手。这里假设代表A和B的有理数是a和b。
② 任意两人间已进行无数多场比赛,如果两人各自的实力不是随机的话,则意味A对任意一个确定的人之间的交战有一个确定的胜率,如果X表示代表选手的编号,那么A(X)可以看做A对任意一个X选手获胜的概率,则LZ问题的答案即A对B获胜的概率为A(b)。
③A选手的胜率为60%是什么意思呢,因为有60%这个确切的数据,我是不是可以认为60%是指A和其他所有人各打一局,其中六成获胜了,否则60%无法解释。那么
60%=lim(x趋近于无穷大){ [∫(0→无穷大) A(x)*dx]/x} 这个学过微积分的都能理解,因为符号太难打,有兴趣的同学写在纸上会比较直观,要符合以上的式子也就是A的胜率为百分之六十的A(x)有很多种,比如A(x)=0.6+sinx/3 或者0.6+sinx/4等等(自己验证,很简单,至于这些函数怎么得来的此处不明)。。所以同样一个b根据A(x)不同会有不同的答案。
④同理,B选手的胜率为40%,我也可以举例B(x)=0.4+sinx/2等等。
总结:①只知道A选手的胜率为60%,B选手的胜率为40%,意味着A和B的胜率函数可能有很多,只要满足第三点那个函数就好,所以AB的胜率不确定。
②我是直接告诉大家答案,中间部分过程简略或没写,欢迎疑问或指正。
【黄诺的回答(0票)】:
我试试这么解释这件事情:
假设所有这些球员每场比赛的结构都被记录下来了,这些记录叫做“原始数据”。
基于这些原始数据,统计得出的每一个球员的胜率表,叫做“报表”。
报表是基于原始数据,通过钻取,切片等方式进行分析得到的结果。生成报表的过程中,原始数据中的几乎所有个别信息都被抛弃了。例如球员A每场比赛的得分,对手等等。
而问题中想要的结果“A和B对战的胜利”,实际上是基于原始数据采用其他分析方法导出的报表(类似于郭奇贴的相性表)。这个报表所需要的个别信息在前一个胜率表中已经被抛弃了。所以要输出这张报表,需要从原始数据跑,而不是从前面那张报表来跑。
这事儿有点像盲人摸象。象是原始数据,摸的方式是输出报表所采用的分析方法。不可能指望倚靠摸腿的那个人的描述来预测摸以巴的那个人的感受。还是得用摸以巴的方式去摸一遍大象才行。
【TomHall的回答(1票)】:
相当于是已知P(A)和P(B),要求P(A|B)。
但是P(A|B)=P(A,B)/P(B),我们不知道P(A,B),所以没法得到答案。
【刘煜鸿的回答(0票)】:
A赢B输的概率:60% * 60% = 36%
A输B赢的概率:40% * 40% = 16%
最终 A赢的概率:36% /(36% + 16%)
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7. 治疗强迫症赌徒
轮盘上有38个等可能的数字,如果玩家猜的数字中了,他将获得35倍的筹码以及他下注的筹码;否则输掉他下注的筹码。小明他爹不听小明的劝阻,总是在轮盘的13号位赌1块钱。为了帮助治疗他爹的强迫症,小明总是赌20块钱他爹将再36轮后亏本,(他爹亏本了就给小明20块钱,没亏本就挣小明20块钱),小明能让他爹吃到教训吗?
这个问题首先要搞清楚小明他爹在36轮后亏本的概率分布,什么情况下亏本,什么情况下不亏本。试着算一下,36轮中只要赢一次,+35×1+(-1)×35=0,他爹正好不亏,36轮全输了才亏本,因此他爹36轮后亏本的概率分布为
(3738)36≈0.383
1-0.383=0.617
因此小明他爹从小明那盈利的期望:20×0.617+(–20)×0.383=4.68
小明他爹每轮从赌场那盈利的期望:35×138+(-1)×3738=-238
36轮后从赌场盈利的期望:-238×36≈-1.89
最后,小明他爹36轮后盈利的总期望:4.68–1.89=2.99
哈哈,看来小明可能先吃到教训。不过要是小明运气好的话,可能小明他爹在第一次亏掉36+20=56块钱之后就不玩了。
8. 一手完美桥牌
桥牌一般是扑克去掉大小王后的52张牌,4位玩家每人发13张牌。我们常听说某人被发了13张同花顺。在一副洗好的桥牌里获得一手同花顺的概率是多少?
4(1313)(5213)=6.299×10-12
Craps,也就是掷骰子,是美国玩起来最快也最流行的赌博游戏。每次掷2个骰子并合计点数,先掷出7或11的获胜,一旦掷出2,3或12则输了。掷出了其他的点数称为point,如果你先掷出的是point,那么你需要一直掷骰子直到你再掷出一次同样的point就算赢,掷出7则算输。每个玩家赢的概率有多大?
2个骰子的和的分布律:
第一次掷骰子情况
6/36+2/36=8/36
1/36+2/36+1/36=4/36
4,5,6,8,9,10
/36+4/36+5/36+5/36+4/36+3/36=24/36
掷出point之后,需要重复掷骰子,虽然每次掷骰子有三种情况,输、赢和“再来一次”。但是总的来说你只有2个结果,输或者赢。如果你第一次掷的point是4,那么往后你掷出4就赢,掷出7就输,所以你赢的(条件)概率为p4/(p4+p7)=(3/36)/(3/36+6/36)=1/3,你可以理解为:将没事的情况里无限细分,最后所有赢的概率的和的极限就是1/3。其他的条件概率同理有:
5:p5/(p5+p7) = (4/36)/(4/36+6/36) = 2/5
6:p6/(p6+p7) = (5/36)/(5/36+6/36) = 5/11
8:p8/(p8+p7) = (5/36)/(5/36+6/36) = 5/11
9:p9/(p9+p7) = (4/36)/(4/36+6/36) = 2/5
10:p10/(p10+p7) = (3/36)/(3/36+6/36) = 1/3
因此总的来说赢的概率为
8/36 + (3/36 x 1/3 + 4/36 x 2/5 + 5/36 x 5/11 + 5/36 x 5/11 + 4/36 x 2/5 + 3/36 x 1/3) ≈0.49293
那么玩家没单位筹码的盈利期望为:1x(1-0.49293) +(– 1)x0.49293 = -0.01414, 每单位筹码的损失率是1.41%
再回头来看看条件概率的计算。假设你掷出point(赢)的概率为P,再算上你掷出7(输)的概率为6/36,那么你“再来一次”的概率为R=1-P-6/36。因此从第二次掷骰子开始(包括第二次),你赢的概率为
P+RP+R2P+R3P+… = P(1+R+R2+R3+…) = P/(1-R) = P/[1-(1-P-6/36)] = P/(P+6/36),与上面的计算相同。
10. 个人对于赌注的承受实验
(a) 瓮中有10个黑球和10个白球,你指定颜色黑或白,再随机取球,若球的颜色和你指定的颜色匹配,你赢的10块钱。如果玩这个游戏需要花钱,你最多愿意花多少钱去玩这个游戏,假设只玩一次。
(b) 有的朋友有许多黑球和白球,他随意往瓮里求了若干白球和黑球,这次你最多愿意花多少钱玩?
A能算出期望,是5块钱,但是大部分人真不愿意付出5块钱,就玩一次,大多数人估计只愿意付出几毛钱或者几分钱。这个赌博游戏要是真设计成这样,玩一次只要几毛钱,黑白球比例还是1:1,那么庄家肯定要亏惨,但是你要玩家至少出5块钱那肯定没人玩。
(b) 和a一样,你猜中的概率是0.5,就算瓮里全部是黑球,在你不知道的情况下,你的选项还是2个,猜中的概率还是0.5。不过这游戏恐怕更没人玩了,条件太少了,让人觉得根本就是瞎扯。哈哈,实际上两个游戏一样都是瞎猜。
沉默的合作
两个陌生人被分开地要求从所有数字中选择一个正数,如果两个人选择的数字恰好相同则会获得奖励,你会选择哪个数字?
这听起来像是个0概率事件。但是这种选择不是随机选择,每个数字对人们的吸引力是不一样的。一想到要选一个别人也很可能会选择的数,没人会选择超过个位数的数,1最自然的想法,也是最多被选择的数,有的人也选择3和7。
12. Quo Vadis? (拉丁语,你去往何处?)
2个仅通过密码联系的陌生人约定星期四中午12点在纽约会面,准备干一票大的。他们都不熟悉纽约,结果这俩2逼出发后才发现他们忘记约定在纽约的那里会面。然而他们还是想见面,你说他们会去哪里?
帝国大厦,机场,火车站信息台,自由女神像,时代广场,都是1964年能想到的地方。 当陌生人知道到达那里是多么困难的时候,自由女神像就会被排除。 机场距离城市距离很远也会被排除。 在我(作者)看来,有两个重要的火车站将被排除。 这将留下帝国大厦或时代广场。 我会选择帝国大厦,因为时代广场日益庞大。 我认为如果他们在旧金山或巴黎见过面,他们的问题会更容易,不是吗?
13. 囚犯的抉择
A,B,C三位申请假释的囚犯,有着同样良好的记录。假释委员会通过了其中2位囚犯的申请,但是囚犯们还不知道是他们3人中的哪2位。囚犯A有个预警朋友知道谁将被允许假释。囚犯A觉得不太好意思直接问自己是否被释放,于是他想问B和C是否被释放。他认为他现在被释放的概率是2/3,一旦预警回答”B将被释放”,那么它自己被释放的概率就变成了1/2。因此A打消了问预警的念头,他害怕自己被释放的概率减小。这种想法显然是错误的,请问错在哪?
他的样本空间考虑错了
谁被释放这是一个事件m:A,B,C被释放的情况有AB, AC, BC三种情况,
再考虑另一个事件n:预警回答B或C, (A只询问预警B和C的情况)
根据贝叶斯公式,当预警说B被释放时,A被释放的后验概率为
P(m=AB│n=B)====P(m=AB,n=B)P(n=B)P(m=AB)×P(n=B│m=AB)P(m=AB)×P(n=B│m=AB)+P(m=BC)×P(n=B│m=BC)13×113×1+13×1223
14. 收集优惠券
麦片盒中的优惠券有1至5号,每盒麦片里都有一张优惠券,获得每种优惠券的机会均等,集齐这5种优惠券可以得到一个奖励,平均买多少盒麦片可以集齐一套优惠券?
这跟做多少次实验首次成功差不多,可以把这个问题看作五段伯努利过程,每一段的参数不一样:
第一段伯努利过程中,获得所需优惠券的概率为1,因此只需买1盒;
第二段伯努利过程,因为已经得到一种优惠券了,我想要的优惠券变为剩下的四种,所以获得所需优惠券的概率为4/5,伯努利过程中首次成功的实验次数服从参数为p几何分布, 其分布列为
P(k)=p(1-p)k-1,k=1,2,… 几何分布的期望为1/p,因此获得第二种所需优惠券需要买1/p=1/(4/5)=5/4=1.25盒;
第三段伯努利过程中获得所需优惠券的概率为3/5,需要买5/3=1.67盒;
第四段伯努利过程中获得所需优惠券的概率为2/5,需要买5/2=2.5盒;
第五段伯努利过程中获得所需优惠券的概率为1/5,需要买5/1=5盒;
至此收集完5中优惠券平均共需买麦片
1+1.25+1.67+2.5+5= 11.42盒
15.音乐会的一排座位
8位单身汉和7位美丽的模特随机坐在音乐会中一排座位中的任意位置。平均出现几对男女邻座?
1对邻座刚好坐着一对男女的情况为“男女”或“女男” ,发生的概率是
8/15×7/14+7/15×8/14=8/15
也就是说,1对邻座平均坐着1×8/15+0×(1-8/15)=8/15对男女。15个座位共有14对邻座,根据和的期望等于期望的和,14对邻座中男女对数的期望等于1对邻座的男女对数期望的14倍。因此15个座位产生的男女对数为14*8/15=7.4667对
16.第二好能成为亚军吗?
8位运动员参加网球比赛,赛程如下图
假设每场比赛的胜负只有运动员的水平决定。最好的运动员一定获得冠军,那么第二好的运动员获得亚军的概率是多少?
4/7,第二好的运动员要获得亚军必须在finals才与第一好相遇,那么他在第一轮要被分在和第一好不同的另一半边。第一好占了一个位置,所以是4/7
17. 双胞胎骑士
(a)亚瑟王举办Jousting比赛(两个骑士拿着长矛对冲),8位骑士参加,包括双胞胎Balin和Balan,依然按照16题中的赛程比赛,求他俩在比赛中相遇的概率?
这里不知道各个骑士水平谁好谁坏,只能假设每个骑士赢的概率都是1/2.
假设双胞胎中的一位被分在某个位置,不妨设为1,另一位和他在同一小组(如位置2)的概率为1/7, 而此时相遇大概率为1;
另一位和他在相邻的小组(如位置3或4)的概率为2/7, 而此时相遇大概率为1/4;
另一位在另一半大组(如位置5,6,7,8)的概率为4/7, 而此时相遇大概率为1/16;
因此他两相遇的概率为
17?1+27?14+47?116=14
(b)将(a)中的8改为2n?
2n中的n表示要比赛n轮,若1人被随机分到这一大半边,另一人被分到另一大半边的概率为2n-12n-1,其中一人杀到第n轮的概率为12n-1 ,两人都杀到第n轮的概率为12n-1?12n-1=122(n-1),所以两人在第n轮相遇的概率为
2n-12n-1?122(n-1)
两人在第i轮相遇的概率为
2i-12n-1?122(i-1)
相遇的总概率为第1,2,3,…,n轮相遇的概率之和
∑i=1n2i-12n-1?122(i-1)=12n-1∑i=1n12i-1=22n-1∑i=1n12i=22n-1(1-12n)=12n-1
18.抛均匀的硬币
抛100次硬币,正好50次正面朝上的概率?
很简单,二项分布
p=(10050)(12)100=100!50!50!(12)100
难点是没有计算器怎么办?
根据斯特林公式(Stirling’s approximation)
n!≈2π--√nn+12e-n
有时也能简便一点
19.艾萨克·牛顿帮助塞缪尔·佩皮斯
佩皮斯写信给牛顿问下面那件事是最可能发生的
(a) 掷6个骰子,至少得到1个6
(b) 掷12个骰子,至少得到2个6
(c) 掷18个骰子,至少得到3个6
20. 三角决斗
A,B和C玩三角手枪决斗。 所有人都知道,A的命中率是0.3,C是0.5,B不会失误。 他们将按照A,B,C循环的顺序自由选择目标决斗,直到最后一个人活下来。A的策略应该是什么?
如上图,若A先射C, A赢的概率是0.21,若A先射击B, A赢的概率将大于0.21. 因此A应先射B。此时的局面是AC互射,A赢的情况只可能为C一直射不中A, 而A在最后一次射击时射中了C, 因此A赢的概率为
C射1次A没射中, A第1次射就射死C:
C射2次A没射中, A第2次射才射死C:
0.52×0.7×0.3+
C射3次A没射中, A第3次射才射死C:
0.53×0.72×0.3+
C射4次A没射中, A第4次射才射死C:
0.54×0.73×0.3+
这是个无穷递减等比数列求和,比值为0.5x0.7=0.35
0.5×0.3×(1+0.5×0.7+(0.5×0.7)2+(0.5×0.7)3+…)=0.5×0.3×11-0.35=3/13
因此,若A先射B, A赢的概率为0.21+0.3×3/13=0.279.
起码A的生还几率大了近7个点
21.放回抽样还是不放回抽样
两个装有红球和黑球的桶。A桶有2个红球和1个黑球,B桶有101个红球和100个黑球。桶被随机选择。在第一个球被取出并报告颜色后你可以决定它是否放回原来的桶中(当然你看不到是哪个桶),再从这个桶中取出第二个球(2个球来自同一个桶),你根据这2个球的颜色判断它们来自哪个桶,判断对了可获得奖励。
如果第一个取出的球是红色,被取出球的桶剩余的红球数与黑球数相等,这样不好做判断,因此最好放回;若第一个取出的球是黑色,被取出桶中的黑球更少了,有利于我们根据期望判断。
假设第1次取出红球,放回红球,再取出又是红球。
如果球来自A桶,这种情况发生的概率为1/2*2/3*2/3=0.222
如果球来自B桶,这种情况发生的概率为1/2*101/201*101/201=0.126
当球来自A桶,这种情况发生的概率大,因此我们推断球来自A桶
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