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概率 - 硬幣

如果將一枚硬幣拋 1000 次,那麼正面總數在 452 到 548 範圍內的機率是多少?

anonymous

對於這個問題,我們可以使用二項分佈的常態近似。正面朝上的次數的變異數為 1000*(1/2)*(1/2)=250。因此標準差為 250 1/2 =15.8114。正面朝上次數少於 548 次的機率為 normdist((548+0.5-500)/15.8114) = 0.998920,其中 normsdist 是 Excel 函數,用於計算平均值為 0、標準差為 1 的常態分佈隨機變數落入給定 Z 分數機率的機率。接下來,我們減去正面朝上次數少於 452 次的機率。結果為 normdist((452-0.5-500)/15.8114) = 0.001080。因此答案為 0.99892-0.00108 = 0.997840。再次強調,這只是一個近似值。實際答案是 0.997856,但推導起來更繁瑣。平均而言,在擲骰子遊戲中決定一個點數後,玩家會多久再提出一個點數?

假設一個點有5/12的機率出現,那麼它將會是6或8,4/12的機率是5或9,3/12的機率是4或10。出現6或8的機率是5/11,出現5或9的機率是4/10,出現4或10的機率是3/9。因此,假設一個點已經成立,那麼出現該點的機率為:(5/12)*(5/11)+(4/12)*(4/10)+(3/12)*(3/9) = 40.61%。

巫師先生,如果50個不同的人把一枚硬幣拋向空中8次,那麼這50個人中,有多少人會連續8次拋出正面或反面?提前謝謝您。

anonymous

任何一個人拋出8次正面或反面的機率是2*(1/2) 8 = 1/128。如果平均50個人這樣做,其中0.39人會全部拋出正面或反面。至少一個人全部拋出正面或反面的機率是32.44%。

我有一袋100枚硬幣,其中一枚是雙面硬幣。我隨機抽取一枚硬幣,然後觀察它連續拋出10次正面。我抽到雙面硬幣的機率是多少?

anonymous

這是一道典型的貝葉斯條件機率題。一般來說,給定 B 時 A 的機率是 A 和 B 的機率除以 B 的機率。在本例中,A 是連續投擲 10 次正面,B 是擲出雙頭硬幣。 A 和 B 的機率是 1/100。這是因為擲出雙頭硬幣的機率是 1/100,而如果真的擲出雙頭硬幣,那麼連續拋 10 次正面的機率是 100%。假設隨機擲出一枚硬幣,那麼連續投擲 10 次正面的機率是 (1/100)*1 + (99/100)*(1/2) 10。這是因為擲出雙頭硬幣的機率是 1%,即擲出 10 次正面的機率是 100%,而擲出一枚公平硬幣的機率是 99%,即連續拋出 10 次正面的機率是 (1/2) 10 。因此,假設你連續拋出 10 次正面,那麼你選中兩個正面硬幣的機率為 0.01/(0.01*1 + 0.99* 0.000977) = 0.911843。

您對拋硬幣投注有什麼建議嗎?

anonymous

是的!我的建議是一開始就押正面朝上。根據科學新聞線上報道,硬幣落地時正面朝上的機率是51%。文章說,原因是拋出的硬幣並非完美地繞軸旋轉,有時看起來像在翻轉,但實際上並沒有。這個假設只適用於硬幣被握在手掌中的情況,這樣硬幣的彈跳就不是問題了。文章也說,旋轉的硬幣落地時反面朝上的機率為80%,因為較重的正面會先向下沉。然而,我對此表示懷疑。我試了20次,得到了11次正面和9次反面。在20次旋轉中,如果成功率為80%,則得到9次或更少反面的機率是1/1775。

我相信我或許能解答旋轉硬幣的問題。十多年前,我在六年級時做過一個關於旋轉硬幣的科學專題。我在《Omni》雜誌上讀到,旋轉硬幣的速度非常快,幾乎總是可以使硬幣反面朝上,因為硬幣的側面是向正面傾斜的。我嘗試了數百次,結果幾乎一致,除了兩次硬幣豎立著的時候。

anonymous

浪費了好幾個小時後,我終於發現我把它轉得太快了,慢一點就能達到我想要的效果,也就是反面朝上。而且,這枚硬幣也不是完全均勻的,從最薄的部分開始旋轉似乎能增加一致性。幾張滿是胡扯的圖表和一個裝飾成硬幣形狀的巨大紙板圓圈,讓我的科學課得了A,其他課都不及格,因為我完全不做作業。

因此,我已經透過十多年前做過的一個粗略的實驗最終證明,你也許只是在胡思亂想,我幾乎不記得任何事,也沒有真正理解我當時在做什麼。

Jon

好吧,我又試了一次,慢慢地把硬幣轉了100次。我說的「慢」是指從彈硬幣到結果顯現的時間至少有兩秒,但不到五秒。我用的是一枚漂亮閃亮的2004-D版硬幣。結果是52次正面,48次反面。所以我還是不相信,無論硬幣以何種速度旋轉,都會出現反面的機率。

我理解的事件「等待時間」是該事件機率的倒數。我感興趣的是計算用一個骰子擲出連續2的等待時間。在模擬中,我平均擲出42次。我該如何將其與擲出連續2的機率連結起來?

Lee 來自 Andover

對於單一事件,如果機率為 p,則平均等待時間為 1/p,這的確沒錯。然而,對於連續事件,情況會變得更加複雜。設 x 表示最後一次擲出的結果不是 2 的狀態。這也是初始狀態。設 y 表示最後一次擲出的結果為 2 的狀態。第一次擲出結果後,我們有 5/6 的機率仍處於狀態 x,有 1/6 的機率處於狀態 y。設 Ex(x) 表示從狀態 x 開始的擲骰次數的預期,Ex(y) 表示從狀態 y 開始的擲骰次數的預期。那麼…

Ex(x) = 1 + (5/6)*ex(x) + (1/6)*ex(y),且
Ex(y) = 1 + (5/6)*ex(x)

求解這兩個方程式...

Ex(x) = 1 + (5/6)*ex(x) + (1/6)*( 1 + (5/6)*Ex(x))
Ex(x) = 7/6 + (35/36)*Ex(x)
(1/36)*Ex(x)= 7/6
例如(x)= 36 *(7/6)= 42

因此連續兩次擲出 2 的平均等待時間為 42 次。

我遇到了相同類型的問題,只有預期翻轉才能得到兩次正面,在我的數學問題網站上,請參閱問題 128。

假設我們有一個賭博遊戲。一枚無偏硬幣被重複拋擲。每次拋擲,我們需要支付 1 盧比。結果有兩種可能:H 或 T。如果拋出正面和反面的差值為 3,我們將從賭徒那裡得到 8 盧比。我們應該玩這個遊戲嗎?為什麼?我們獲勝的機率是多少?當我們擲出 7 或 9 盧比時,什麼因素會影響獲勝機率?

Utpal 來自 Lucknow

我們將 x 稱為從起點開始的翻轉預期次數。
如果其中一方的翻轉次數佔多數,則我們將 y 稱為剩餘翻轉的預期次數。
如果一方的翻轉次數佔多數,則我們將 z 稱為剩餘翻轉的預期次數。

E(x) = 1 + E(y)
E(y) = 1 + 0.5*E(x) + 0.5*E(z)
E(z) = 1 + 0.5*E(y)

由此,用矩陣代數很容易得出 E(x) = 9,E(y) = 8,E(z) = 5。因此,平均需要拋擲 9 次才能使正面和反面的機率差達到 3。因此,對於每次拋擲都能贏取 1 盧比的人來說,8 盧比的賭注是一個不錯的選擇,因為他平均能贏取 9 盧比,但只損失 8 盧比。對賭徒來說,賭場優勢是 11.11%。 9 盧比的賭注是公平的,7 盧比的賭注則為 22.22%。

在您2006年3月13日的「問巫師」節目中,您給出了「盧比」遊戲的三個公式。雖然答案在數學上是正確的,但我實在無法理解這三個公式是如何模擬這個問題的。您能解釋一下您是如何得出這三個公式的嗎?

Rick 來自 Covington, LA

很多人請我進一步解釋一下我的答案。答案需要用到基本的矩陣代數知識。

首先將 x 定義為答案,或直到正面和反面之間的差異為 3 為止的平均翻轉次數。

令 y 為從一側向上翻轉一次的點開始的翻轉預期次數。

令 z 為從一側向上翻轉兩次的點開始的預期翻轉次數。

第一次拋骰子後,其中一方將以一次拋骰子的優勢佔多數。因此 x=1+y。

當任何一方領先一次拋擲時,另一方拋擲的結果要么與初始平局相同,要么是一方領先兩次拋擲。兩種結果的可能性相同。因此 y=1+0.5*x + 0.5*z

當任何一方領先兩次拋擲時,再次拋擲將導致一方領先一次,或遊戲結束。同樣,兩種結果的可能性相同。因此 z=1+0.5*y。

因此我們有三個方程式和三個未知數:

(1)X= 1 + y

(2)Y = 1 + 0.5x + 0.5z

(3)Z = 1 + 0.5y

為了解決這個問題,我們先將最後兩個等式乘以 2 來去掉小數。

(1)X= 1 + y

(2)2Y = 2 + x + z

(3)2Z = 2 + y

我們將 (1) 中的 1+y 代入 (2) 中的 x。

2Y = 2 + 1 + y + z

(4)y=3+z

在 (3) 中不能用 3+z 代替 y

2z = 2 + 3 + z

z = 5

現在用 5 代替 (4) 中的 z 得到

(5)y = 3 + 5 = 8

將 y = 8 代入 (1) 可得

(6)x = 9

一位朋友選擇了一個三次拋硬幣的順序,結果是正面或反面,並讓我選擇我自己的(不同的)三次拋硬幣順序。我們拋一枚公平的硬幣,直到出現我們想要的順序。如果他選擇HHH,我應該選擇哪個順序?在這個賭注中我的優勢是什麼?我該如何根據他選擇的順序來計算該選擇哪個順序?

Pepe 來自 Philadelphia

下表顯示了根據玩家A和玩家B選擇的所有可能模式,玩家A獲勝的機率。

玩家 A 獲勝的機率

玩家A玩家B
哈哈哈高血壓高血壓高溫熱電偶THH甲狀腺激素緊張性甲狀腺功能亢進症時間測試
哈哈哈1/2 2/5 2/5 1/8 5/12 3/10 1/2
高血壓1/2 2/3 2/3 1/4 5/8 1/2 7/10
高血壓3/5 1/3 1/2 1/2 1/2 3/8 7/12
高溫熱電偶3/5 1/3 1/2 1/2 1/2 3/4 7/8
THH 7/8 3/4 1/2 1/2 1/2 1/3 3/5
甲狀腺激素7/12 3/8 1/2 1/2 1/2 1/3 3/5
緊張性甲狀腺功能亢進症7/10 1/2 5/8 1/4 2/3 2/3 1/2
時間測試1/2 3/10 5/12 1/8 2/5 2/5 1/2

選擇最佳模式的記憶方法是,他的第一和第二個選擇應該分別對應你的第二個和第三個選擇。你的第一個選擇應該與你的第三個選擇相反。例如,如果對手選擇HTT,你的第二個和第三個選擇應該是HT。你的最後一個選擇是T,所以對於HHT模式,你的第一個選擇應該是H。按照這個策略,你的獲勝機率將是2/3到7/8,這取決於對手選擇的模式。

你好,我叫帕蒂。你的網站很棒,而且你看起來知識淵博。你絕對是我在賭場想要的那種人! ! ! !我想知道你能不能幫我。我跟男友說我想在網路上找個問題的答案。如果你能幫我,那我就太有面子了。

我的男友是個錢幣收藏家。他買了一袋小麥幣。我自己對錢幣不太了解。 (他慢慢教我)但他說,他很驚訝那袋錢幣裡竟然沒有某一年份的錢幣,因為這種錢幣太常見了。他說這種事情發生的機率簡直是十億分之一。我告訴他,我會試著問辦公室裡那些自稱天才的人!如果他們不知道,我就試著上網查一下。我偶然遇見了你。

無論如何,如果你能幫忙,我將不勝感激。袋子裡大約有5500枚一分硬幣。美國所有鑄幣廠鑄造的小麥幣一分硬幣總數為242.67億枚。鑄造的1955年版一分硬幣(他要找的那枚)數量是3.3億枚。我辦公室裡的一些人說還有其他因素,例如人口統計,鑄幣廠可能沒有分發所有一分硬幣等等。 …… ...

Patty

您的鑄幣數量與Mountain View Coins的鑄幣數量接近。假設所有小麥一分錢入袋的機率相同,那麼任何一分錢硬幣中不是 55 面值的機率為 (24,267,000,000-330,000,000)/24,267,000,000 = 0.986401286。5505 硬幣中的機率可以近似為0.986401286 5500 = 507,033,772,284,213,000,000,000,000,000,000,000 分之一。

我爸爸是個錢幣收藏家,所以我向他尋求了這方面的幫助。他是這樣說的:

這是我的猜測。 1955年,費城鑄造了少量林肯一美分硬幣,但日期卻印了兩次。沒有人知道確切的數量。在發現錯誤之前,它們與其他一美分硬幣混在一起流通。一枚未流通的硬幣如今價值約2000至6000美元。我懷疑那袋「小麥」硬幣裡的所有1955年版硬幣已經被某個尋找雙模硬幣的人全部淘光了。這裡有一張照片: 1955年雙模正面一美分硬幣

請注意,本網站出售的是「麥穗」版,可以肯定的是,在硬幣被經銷商收集後,一些年份的硬幣已經被剔除。我原本以為那些非雙模版的1955年版硬幣會被歸還收藏,但它們或許會被單獨出售或熔化處理。如今,麥穗版便士中的銅比一美分值錢得多。這就是為什麼他們在幾十年前就改用鍍銅鋅版便士的原因。也有可能,鑄幣廠自己決定不發行許多1955年版硬幣,而是在鑄造後將其熔化處理,以避免人們對稀有的雙模版硬幣產生瘋狂的搶購。鑄幣廠和郵局一直對印刷錯誤感到尷尬,並試圖阻止它們流通。

在您上一篇專欄文章中,您說過「5500 枚硬幣不是 55 的機率可以非常接近地近似為 0.9864012865500 = 507,033,772,284,213,000,000,000,000,000,000,000 分之 100,000,000 分之 100,000 分之 100,000 分之。

我假設「近似」是因為當你處理這5500枚硬幣時,移除的影響是存在的。移除的影響微乎其微!這是一個很好的例子,說明當你移除非目標硬幣時,目標硬幣出現的可能性會降低,因為與不正當遊戲(即目標硬幣被移除)的機率相比,移除的影響非常小。

Pete 來自 NY

是的,我說的是“非常接近”,因為世界上的硬幣數量有限。從袋子裡取出一枚非55面值的硬幣,其移除效應會增加袋子裡其他所有硬幣都是55面值的硬幣的機率。如果我沒說“非常接近”,至少會有三個人寫信來糾正我。當然,這只是一個極小的誤差,但我的許多讀者都是完美主義者,即使是最輕微的錯誤,他們也會對我大加指責。

房間裡有兩張桌子。右邊的桌子上有100枚硬幣,其中20枚H面朝上,其餘80枚T面朝上。另一張桌子上沒有硬幣。目標是想辦法移動硬幣,讓兩張桌上H面朝上的硬幣數量相等。房間很暗,你既看不到硬幣,也無法觸摸它們來判斷它們是「朝上」還是「朝下」。

Dan 來自 Tel Aviv

請造訪我的另一個網站 mathproblems.info 尋找解決方案(劇透警告!)

我朋友願意跟我打賭20美元,他給了我3比1的賠率,如果我拋硬幣100次,結果一定是50次正面和50次反面。如果正面和反面都出現,我就贏60美元;如果反面出現,我就欠他20美元。我應該接受這個賭注嗎?另外,如果50/50不是最有可能的結果,還有其他更有可能出現的結果嗎(例如51/49)?

Joe 來自 Colorado

正面和反面正好各出現50次的機率是 (100,50)*(1/2) 100 = 7.96%。公平賠率是11.56比1。因此,3比1的賠率非常糟糕,賭場優勢高達68.2%。這可不是你的朋友。 50/50是正面和反面最有可能出現的機率。一個有趣的賭注是正面/反面的次數是否會在47到53之間。落在這個範圍內的機率是51.59%。如果你能找到一個賭徒押注總數會落在這個範圍之外,那麼在等額投注的情況下,你將獲得3.18%的優勢。

下表顯示了 30 至 70 次正面/反面的機率。


100 次拋擲中全部正面/反面的機率

正面/反面可能性
30、70 0.000023
31, 69 0.000052
32, 68 0.000113
33, 67 0.000232
34, 66 0.000458
35、65 0.000864
36, 64 0.001560
37, 63 0.002698
38, 62 0.004473
39, 61 0.007111
40、60 0.010844
41, 59 0.015869
42, 58 0.022292
43, 57 0.030069
44, 56 0.038953
45,55 0.048474
46, 54 0.057958
47, 53 0.066590
48, 52 0.073527
49, 51 0.078029
50 0.079589

在 n 次試驗中,w 次獲勝的機率的一般公式為 combin(n,w) × p w × (1-p) (nw) = [n!/(w! × (nw)!] × p w × (1-p) (nw) ,其中每次獲勝的機率為 p 。

如果我拋硬幣 1,000 次,那麼連續看到至少 10 次正面或反面的機率是多少?

Monroe 來自 San Francisco, CA

你問得真有意思;另一位讀者剛剛給我發了一篇關於這個主題的學術論文。這篇論文包含下圖,顯示機率約為 62%。

有關該主題的更多信息,請參閱弗蘭克·馬丁 (Frank Martin) 撰寫的《在賭場中遭遇如此糟糕連勝的幾率有多大? 》 (483K)。

如果將一枚硬幣拋 100 次,那麼至少有一次連續出現 7 次正面的機率是多少?

Don 來自 New York

我不知道這個問題是否有一個簡單的、非遞歸的表達式來表達。但是,有一個簡單的遞歸表達式來表示。

f(n)= pr(第一次拋反面的個數)×f(n-1) +
pr(第一次拋擲正面,第二次拋擲反面)×f(n-2) +
pr(前兩次拋擲的正面,第三次拋擲的反面)×f(n-3) +
pr(前三次拋擲的正面,第三次拋擲的反面)×f(n-4) +
pr(前四次拋擲的正面,第四次拋擲的反面)×f(n-5) +
pr(前五次拋擲的正面,第五次拋擲的反面)×f(n-6) +
pr(前六次拋擲的正面,第六次拋擲的反面)×f(n-7) +
pr(前 7 次拋擲的正面次數) =

(1/2)×f(n-1)+
(1/2) 2 ×f(n-2)+
(1/2) 3 ×f(n-3)+
(1/2) 4 ×f(n-4)+
(1/2) 5 ×f(n-5)+
(1/2) 6 ×f(n-6)+
(1/2) 7 × f(n-7) +
(1/2) 7

在哪裡:
f(n)=n次翻轉內成功的機率。
pr(x)=x發生的機率。

電子表格非常適合解決這類問題。在下面的電子表格截圖中,我在儲存格 B2 到 B8 中輸入了機率 0,因為在 6 次或更少的拋擲次數內不可能連續出現 7 次正面。在儲存格 B9 中,我輸入了以下公式:

=(1/2)*B8+(1/2)^2*B7+(1/2)^3*B6+(1/2)^4*B5+(1/2)^5*B4+(1/2)^6*B3+(1/2)^7*B2+(1/2)^7

然後我把它從單元格B10複製貼上到單元格B102,相當於翻轉100次。這個機率是0.317520。隨機模擬證實了這一點。

順便說一下,如果你想知道的話,至少連續出現7次正面或反面的機率是54.23%。連續出現一次或多次正面正好7次的機率是17.29%。


這篇文章最初發表後,Rick Percy 與我分享了他的矩陣代數解法。以下是我自己的解釋。我假設讀者已經了解矩陣代數的基礎知識。

首先,在任何時候,彈珠台可能處於八種狀態:

p 1 = 成功的機率,假設從當前點開始你需要再擲出 7 個正面。
p 2 = 成功的機率,假設你需要從目前點開始再出現 6 個正面。
p 3 = 成功的機率,假設您需要從當前點開始再出現 5 個正面。
p 4 = 成功的機率,假設您需要從當前點開始再出現 4 個正面。
p 5 = 成功的機率,假設您需要從目前點開始再出現 3 個正面。
p 6 = 成功的機率,假設您需要從當前點開始再出現 2 個正面。
p 7 = 成功的機率,假設您需要從當前點開始再出現 1 個正面。
p 8 = 成功的機率,假設您不需要更多的正面 = 1。

我們將矩陣 S n定義為第 n翻轉後處於每個狀態的機率。 S 0表示第一次翻轉前的機率,其中有 100% 的機率處於狀態 0。因此 S 0 =

 | 1 0 0 0 0 0 0 0 |

設 T 為兩次連續翻轉的變換矩陣,即從 S n到 S n+1 ,其中 S n+1 = T × S n

  • 如果您處於狀態 1,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 2(正面),並且有 0.5 的機會保持在狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 2,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 3(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 3,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 4(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 4,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 5(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 5,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 6(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 6,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 7(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 7,那麼在一次翻轉之後,您有 0.5 的機會處於狀態 8(正面),並且有 0.5 的機會返回狀態 1(反面)。
  • 如果您處於狀態 8,那麼您就取得了成功,並且將以 1.0 的機率保持在狀態 8。

將所有這些以轉移矩陣 T = 的形式呈現

| 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 |
| 0.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 |
| 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 |

為了得到一次翻轉後每個狀態的機率...

(1) S1 = S0 ×T

翻轉兩次之後怎麼樣?

(2) S2 = S1 ×T

讓我們用方程式 (2) 來代替方程式 (1)...

(3) S2 = S0 ×T×T= S0 × T2

那麼翻轉 3 次之後呢?

(4) S3 = S2 ×T

將方程式 (3) 代入方程式 (4)...

(5) S3 = S0 × T2 ×T= S0 × T3

我們可以一直這樣做,直到第 100 次翻轉之後的狀態...

S 100 = S 0 × T 100

那麼,T 100是多少呢?在計算機出現之前,要弄清楚這些數字一定非常困難。然而,借助 Excel 的 MMULT 函數,經過大量的複製貼上,我們發現 T 100 =

| 0.342616 0.171999 0.086347 0.043347 0.021761 0.010924 0.005484 0.317520 |
| 0.339863 0.170617 0.085653 0.042999 0.021586 0.010837 0.005440 0.323005 |
| 0.334379 0.167864 0.084271 0.042305 0.021238 0.010662 0.005352 0.333929 |
| 0.323454 0.162380 0.081517 0.040923 0.020544 0.010313 0.005178 0.355690 |
| 0.301693 0.151455 0.076033 0.038170 0.019162 0.009620 0.004829 0.399038 |
| 0.258346 0.129694 0.065109 0.032686 0.016409 0.008237 0.004135 0.485384 |
| 0.171999 0.086347 0.043347 0.021761 0.010924 0.005484 0.002753 0.657384 |
| 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1.000000 |

右上角的項顯示了翻轉 100 次後處於狀態 8 的機率,即 0.317520。

你聽過一個澳洲板球運動員的故事嗎?他連續35場都預測錯了硬幣,直到第36場比賽才預測正確。這種情況發生的機率有多大?

Mick 來自 Wollongong, Australia

你提到這件事之前我都沒聽過。你指的是喜鵲隊(Magpies)青少年板球運動員克里斯蒂·佩林(Kristy Perrin)的精彩故事。她確實連續35次拋硬幣預測錯誤。準確預測35次或更多的機率是(1/2) 35 = 34,359,738,368分之一。換個角度來看,中強力球的機率是195,249,054分之一。這比連續35次拋硬幣預測錯誤的可能性高出176倍。

您對拋硬幣投注有什麼建議嗎?

Krazycat

是的!押注拋硬幣者手中朝上的一面。 Persi Diaconis、Susan Holmes 和 Richard Montgomery 合著的學術論文《拋硬幣的動態偏差》得出的結論是,硬幣落地時朝上的機率為 51%。

這個問題是在我的同伴網站Wizard of Vegas的論壇中提出並討論的。

平均而言,在一場50/50的遊戲中,需要多少次嘗試才能連續輸兩次?連續輸3次、4次、n次呢?

JyBrd0403

我們先來解決兩次損失的情況。

令 x 為從開始或每次獲勝後未來翻轉的預期次數。
令 y 為一次失敗後未來拋擲的預期次數。

我們可以建立以下兩個方程式:

(1)x = 1 + .5x + .5y

一代表玩家必須拋硬幣來改變狀態。獲勝的機率為 50%,保持在狀態 x。失敗的機率為 50%,進入狀態 y。

(2)y = 1 + .5x

再次從狀態 y 開始,1 表示在該點進行翻轉。獲勝的機率為 50%,返回狀態 x。失敗的機率為 50%,遊戲結束,無需再次翻轉,因此隱含的機率為 0.5*0。

將兩個方程式乘以 2 並重新排序可得:
(3)x - y = 2
(4)-x + 2y = 2

將兩個方程式相加可得:

(5)y=4

將其代入 (1) 至 (4) 中的任何方程,得到 x=6。

對於三損失的情況,將三種可能的狀態定義為:

令 x 為從開始或每次獲勝後未來翻轉的預期次數。
令 y 為一次失敗後未來拋擲的預期次數。
令 z 為兩次失敗後未來拋擲的預期次數。

初始方程式為:

x = 1 + .5x + .5y
y = 1 + .5x + .5z
z = 1 + .5x

我們可以將初始狀態設定為矩陣形式:

0.5 -0.5 0 1
-0.5 1 -0.5 1
-0.5 0 1 1

如果你還記得矩陣代數,我們可以用行列式(A)/行列式(B)來解 x,其中

A =

1 -0.5 0
1 1 -0.5
1 0 1

B =

0.5 -0.5 0
-0.5 1 -0.5
-0.5 0 1
0.5 -0.5 0
-0.5 1 -0.5
-0.5 0 1

Excel 有一個方便的行列式函數:=mdeterm(range)。在本例中,x = mdeterm(矩陣 A)/mdeterm(矩陣 B) = 1.75/0.125 = 14。

我們可以使用遞歸來處理更多連續失敗的情況。假設是 4 次。根據上文所述,平均需要拋硬幣 14 次才能連續失敗 3 次。此時,硬幣將再次拋出,重新開始的機率為 50%。因此:

x = 14 + 1 + x/2
x/2 = 15
x = 30

換句話說,在前一個答案上加一,然後加倍。

不難看出其中的規律。連續 n 次失敗的期望拋擲次數是 2 n+1 -2。

這個問題是在我的「拉斯維加斯巫師」論壇上提出並討論的。

假設一枚公平硬幣被拋擲 n 次,出現至少一次 t 次反面的機率是多少?

anonymous

答案是 1-F (t) n+2 /2 n ,其中 F (t) n是 t 步斐波那契數列中的第 n 個數字。

你可能會問,斐波那契數列是什麼?它的第一個數字是 1。在 t 步驟序列中,每個後續數字都是前 t 個數字總和。假設第一個數字之前的任何數字都是 0。

讓我們來看一個兩步序列。第一個數字是 1。第二個數字是前兩個數字總和。假設 1 前面有 0,所以第二個數字是 0+1=1。第三個數字是 1+1=2,第四個數字是 1+2=3,第五個數字是 2+3=5。

前十二個二步斐波那契數列為:1、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144。

我們舉個例子,拋十次硬幣,至少有一次連續擲出兩次反面的機率是多少?

我們使用兩步驟斐波那契數列,因為我們只需要兩次反面。數列中的第 12 個數字(比翻轉次數多 2 個)是 144。因此,答案是 1-F (2) 10+2 /2 10 = 1 - 144/2 10 = 1 - 144/1024 = 85.94%。

在 20 次拋擲中,連續出現 5 次反面的機率是多少?

前 22 個 5 步斐波那契數列為 1、1、2、4、8、16、31、61、120、236、464、912、1793、3525、6930、13624、26784、52656、10351930、13624、26784、52656、103519626206462620620620626206206206206206206262620620620696206。

因此答案為 1 - F (5) 20+2 /2 20 = 1 - 786,568/1,048,576 = 1 - 75.01% = 24.99%。

我在Wizard of Vegas論壇上討論過這個問題。

有一枚偏差的硬幣,正面朝上的機率為 60%。它被拋擲,直到連續出現兩次正面或兩次反面。先出現兩次正面的機率是多少?

matiX

這是答案解決方案(PDF)。

有關此問題的討論,請訪問我在Wizard of Vegas 的論壇。

巫師,我向你挑戰一個賭注。規則如下:

  1. 你可以選擇任何你喜歡的正面(H)和反面(T)的圖案。例如,HTT。
  2. 在揭示你的圖案後,我會選擇我的。
  3. 我們會重複拋硬幣,直到出現一種圖案。選擇該圖案的人獲勝。
  4. 我給你 3 比 2 的賠率。

你接受嗎?我願意做多少次就做多少次。

odiousgambit

不。不過,嘗試得不錯。後手擁有巨大的位置優勢。以下是後手的策略及其獲勝機率。

Odiusgambit 遊戲策略

玩家 1玩家 2 Pr. 玩家 2 獲勝
哈哈哈THH 87.50%
高血壓THH 75.00%
高血壓高血壓66.67%
高血壓THH 75.00%
THH高溫熱電偶75.00%
甲狀腺激素緊張性甲狀腺功能亢進症66.67%
緊張性甲狀腺功能亢進症高溫熱電偶75.00%
時間測試高溫熱電偶87.50%


如上表所示,我獲勝的最佳機會(或您獲勝的最差機會)是選擇 THT 或 HTH,此時我的獲勝機會仍然只有 1/3。我應該以 2 比 1 的賠率進行公平投注,因此如果只以 3 比 2 的賠率進行投注,那麼您的優勢就有 16.67%。

以下是記住玩家二策略的方法。令 P(x) 表示玩家一在位置 x 的選擇。令 O(x) 表示玩家一在位置 x 的選擇的反方向。玩家二的選擇應該永遠是:O(2) - P(1) - P(2)。

我在Wizard of Vegas論壇上提出並討論了這個問題。

如果拋一枚公平硬幣40次,出現5次正面和5次反面的機率是多少? 「1連」表示至少出現1次正面,「5連」表示至少出現5次反面。正面和反面的連次不必相鄰。

Ace2

請點擊下面的按鈕以取得答案。

答案是 107,094,548,225 / 549,755,813,888 = 約 19.4804%。

這是我的解決方案(PDF)。

我在Wizard of Vegas論壇上提出並討論了這個問題。

亨利和湯姆決定賭一把拋硬幣。亨利擲正面贏,湯姆擲反面贏。

每次拋硬幣要1美元,他們實在無聊,所以決定拋一百萬次。每次拋完後,輸的人會給贏的人一張支票,作為最終的餘額。支票金額的期望值是多少?

Ace2

797.88456080286535587989211986876373695171726 232986931533185165934131585179860367060 781461387286060511772527036537102198390911167 448599242546125101541269054116544099863512903 269161506119450728546416733918695654340599837 28381269120656178667772134093073... [/劇透]

[劇透=部分解法]

答案的一般公式是 sqrt(方差 * (2/pi))。

在這種情況下,變異數為 1,000,000。因此,實際結果與預期結果之間的預期絕對差為 sqrt(1,000,000 × (2/pi)) =~ 797.884560802865355587989211986876373695171726 232986931533185165934131585179860367700250466 781461387286060511772527036537102198390911167 448599242546125101541269054116544099863512903 26916150611945072854641673391869565434059837 28381269120656178667772134093073。

我在Ask the Wizard #358中提出了一個相關問題,這將有助於顯示我從哪裡得到 sqrt(2/pi) 項。

這個問題是在Wizard of Vegas論壇上提出並討論的。

假設一家賭場有一款基於公平拋硬幣的遊戲,賠率相同。一位玩家希望以每次1美元的賭注玩一百萬次。他應該投入多少錢才能有50%的機率不破產?

Ace2

讓我們先回答這個問題:假設玩家的資金無限,那麼在一百萬次拋擲之後,玩家虧損超過 x 個單位的機率是多少。

由於這是一個公平的賭注,一百萬次拋擲後的平均贏利為零。每次拋擲的變異數為1,因此一百萬次拋擲的變異數為一百萬。因此,一個標準差為 sqrt(1,000,000) = 1000。

我們可以使用 Excel 函數 =norm.inv(probability,mean,standard deviation) 來計算所需的資金。例如,如果我們輸入 =norm.inv(.25,0,1000),我們會得到 -674.49。這意味著,如果在一百萬次拋擲之後,玩家有 25% 的機率輸掉 674 或更多。請記住,這只是一個估計值。為了得到正確的答案,我們應該使用二項分佈,但如果拋擲了一百萬次,這將非常繁瑣。

如果玩家帶著674美元上桌,他很可能在百萬翻倍前就把錢花光。如果他能繼續賒賬,他或許能翻盤,最後輸掉的錢少於674美元。事實上,一旦玩家的賠率是-674美元,那麼在未來的某個時間點,他最終輸掉的錢有一半的可能性會高於或低於-674美元。

因此,如果玩家可以賒帳玩,則可能出現三種結果。

  1. 玩家的等級永遠不會低於-674。
  2. 玩家在某個時刻跌至 -674 以下,但恢復並最終超過 -674。
  3. 玩家在某個時刻跌至 -674 以下,繼續玩並輸得更多。

我們已經確定情境 3 的機率為 25%。

場景 2 的機率必須與場景 3 的機率相同,因為一旦玩家落後 -674,那麼在一百萬次拋擲之後,他有 50% 的機會達到或低於該點。

場景 1 是唯一的其他選擇,其機率必須為 100%-25%-25% = 50%。

如果玩家永遠不會低於 674 的機率是 50%,那麼低於該金額的機率一定是 100%-50% = 50%。

因此,我們對原始問題的答案是 674 美元。

我在Wizard of Vegas論壇上提出並討論了這個問題。