來源:市場資訊
(來源:圖靈人工智能)
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有些數學題,規則越簡單,陷阱越深。
下面兩個小游戲都叫 Pass the Buck。你可以把 buck 理解成一張獎券、一枚籌碼,或者一個“誰拿著誰就有可能中獎”的東西。
游戲規則只有一句話:
buck 在誰手上,下一步就從“自己立刻獲勝”和“傳給某個相鄰的人”這些選擇里等概率選一個。
也就是說,如果某個玩家有 個鄰居,那么他手上拿著 buck 時,有 個等可能選擇:
自己留下,游戲結束,自己獲勝;
傳給第 個鄰居;
傳給第 個鄰居。
現在問題來了:
這個看起來全靠運氣的游戲,最后每個人的勝率真的只是“離起點越近越大”這么簡單嗎?
趣題一:五個人排成一隊
五個人站成一條線:
一開始,buck 在玩家 手上。
問:
玩家 最終獲勝的概率是多少?
先不要急著算。
很多人的第一反應是:玩家 離起點 有兩步遠,應該不太大;可是玩家 也靠近右端點,端點比較容易“留住概率”;這兩個因素到底誰更強?
這個題有一個漂亮答案,是一個很干凈的分數。
趣題二:六個人圍成一圈
六個人圍成一個環:
一開始,buck 在玩家 手上。
問:
站在對面的玩家 最終獲勝的概率是多少?
這個題更容易誤判。
因為環上從 到 有兩條最短路:
以及
看起來,玩家 被兩邊“包夾”著,似乎機會不小。
但別忘了:buck 每到一個人手里,那個人都有機會直接獲勝;所以路越長,中途“被截胡”的機會越多。
那么,玩家 的勝率到底是多少?
這兩個題為什么值得想?
這兩個問題的有趣之處,不是計算有多復雜,而是它們逼你面對一個很微妙的事實:
一個隨機過程,表面上是在時間里一步一步走;
但它真正的概率結構,可能藏在一張圖的組合形狀里。
如果只用遞推或者列方程,當然可以做。
但那樣容易把問題看成一堆代數計算。
更好的問題是:
有沒有一種方法,能夠直接看見“誰的勝率為什么是那個數”?
這兩個題背后,其實藏著一個很美的定理:
Markov chain tree theorem。
它說,在某些 Markov chain 里,最終吸收到某個狀態的概率,可以轉化為某類有向樹的計數比例。
換句話說,勝率不是憑空來的。
它等于:
通向這個玩家獲勝狀態的有向樹數量所有可能的有向樹數量
隨機游戲的時間過程,最后變成了數樹。
這就是這個題真正有味道的地方。
給讀者的挑戰
你可以先嘗試用最樸素的方法做:
設 表示從玩家 手里開始,目標玩家最終獲勝的概率。
然后根據游戲規則列方程。
比如在線形圖中,中間點滿足某種平均關系,端點滿足另一種邊界關系。
在環形圖中,對稱性會幫你減少未知數。
但如果你繼續追問:
為什么答案里會出現 Fibonacci 數?
為什么路徑和環的答案結構那么整齊?
為什么隨機過程能被一棵棵有向樹控制?
那就已經進入這兩個題真正想指向的地方了。
下一篇文章,我們就從這個游戲出發,看一看:
一個人把 buck 傳來傳去,為什么最后會傳出一片森林。
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