Занимательная математика
Aug. 18th, 2007 11:38 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png)
Купили очередную игрушку с кубиками, начал считать вероятности, просто как-то не получается.
Кидаем один кубик - всё просто, вероятность у каждой грани 1/6.
Кидаем два кубика - тоже просто, вероятность выкинуть в сумме число n равна (n-1)/36 для n<=7 и (13-n)/36 для n>=7. Т.е. такая крышка треугольная.
А в этой игрушке нужно кидать пару кубиков до тех пор, пока не выпадет 4 разные значения. Т.е. если выпадает уже выпавшая в этом туре сумма, мы перебрасываем кубики.
Задача: пересчитать вероятности всех возможных сумм от 2 до 12.
Провёл час с ручкой и бумажкой - быстро и красиво не получается. Сел написал на VBA метод Monte-Carlo - цифры вылезли, но удовлетворения не принесли. Особенно, если учесть грядущую смену работы именно что с программиста на статистика...
Кидаем один кубик - всё просто, вероятность у каждой грани 1/6.
Кидаем два кубика - тоже просто, вероятность выкинуть в сумме число n равна (n-1)/36 для n<=7 и (13-n)/36 для n>=7. Т.е. такая крышка треугольная.
А в этой игрушке нужно кидать пару кубиков до тех пор, пока не выпадет 4 разные значения. Т.е. если выпадает уже выпавшая в этом туре сумма, мы перебрасываем кубики.
Задача: пересчитать вероятности всех возможных сумм от 2 до 12.
Провёл час с ручкой и бумажкой - быстро и красиво не получается. Сел написал на VBA метод Monte-Carlo - цифры вылезли, но удовлетворения не принесли. Особенно, если учесть грядущую смену работы именно что с программиста на статистика...
no subject
Date: 2007-08-18 12:07 pm (UTC)Имеется в виду, что мы выбросили не сумму 8 кубиков, а 4 суммы пары кубиков. Т.е. в твоём примере сумма не 14, а их 4: 2, 3, 4 и 5. Т.е. они идут четвёрками, но интересно оценить вероятность каждой из них.
no subject
Date: 2007-08-18 12:24 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 03:16 pm (UTC)Т.е. в игрушке нужен генератор чисел от 2 до 12, для этого кидаем два кубика и складываем получившиеся числа. Фишка в том, что результаты нам нужны группами по 4 отличных элемента, т.е. если на каком-то этапе у нас выпадает та же сумма, что мы уже видели, мы перекидываем пару кубиков.
no subject
Date: 2007-08-18 03:02 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 03:14 pm (UTC)2. Ты опять кинул два кубика. Если сумма та же, что в первый раз, перекидываешь, пока не выпадет что-то иное, скажем 4.
3. Повторяешь процедуру до тех пор, пока не наберёшь 4 отличных друг от друга числа (8, 4 из моего примера и, скажем, 2 и 7).
4. Полученное в первых трёх пунктах я и называю "четырьмя суммами пар кубиков", это составляет единичный эксперимент. Соответственно, вопрос в вероятности выпадения каждого из чисел от 2 до 12 в таком эксперименте.
no subject
Date: 2007-08-18 03:54 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 05:17 pm (UTC)пронумеруем неким образом х1..хn, проведём независимые испытания
1) вероятноять выпадения х1 равна р1
2) вероятноять выпадения х2 равна р2 (если выпадает х1 - игнорируем)
3) вероятноять выпадения х3 равна р3 (если выпадает х1 или х2 - игнорируем)
4) вероятноять выпадения х4 равна р4 (если выпадает х1, х2 или х3 - игнорируем)
...
m) ...
так как пронумеровали произвольно, то это справедливо для любых значений случайной величины => итоговая случайная величина (вероятность появления х1..хn до первых m различных) распределена так же , как и X
no subject
Date: 2007-08-18 05:51 pm (UTC)v 2 popytkah:
aa -ignore 1/9
ab - 2/9
ba- 2/9
bb - ignore 4/9
itogo a - polovina, b - polovina
no subject
Date: 2007-08-18 06:25 pm (UTC)аа - на этом испытание не заканчивается, событие ещё не наступило (событие наступает тогда, когда будет получено b )
полная группа событий должна выглядеть так:
аааa...b
aaab
aab
ab
ba
bba
bbba
bbbb...a
2) это вырожденный случай - и a и b появляются с вероятностью 1 :) выбираем 2 числа из 2-х => оба с вероятностью 1 в выборке
no subject
Date: 2007-08-18 06:30 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 09:40 pm (UTC)по моему достаточно очевидно, что раз оказавшись на ветке дерева и выбросив повтор мы окажемся на идентичной ветке с ровно теми же вероятностями конечных ситуаций; и повторами можно просто пренебречь.
другими словами, для набора а, b, c ситуации один бросок-а и 5 бросков а(аааа) можно рассматривать как идентичные в смысле относительного распределения вероятностей конечного исхода
как написать грамотное док-во я не знаю, но по-моему идея ясна
2. хорошо, рассмотрим а b c , 0.5, 0.25, 0.25
у меня для 2 испытаний получается вероятность 4:3:3; при этом вырождения нет.
no subject
Date: 2007-08-18 10:20 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 11:09 pm (UTC)вот полный перебор, 4:3:3 не получается, моё решение тоже неверное ...
ab 0.125
aab 0.03125
aaab 0.0078125
aaaab 0.001953125
aaaaab 4.8828125E-4
aaaaaab 1.220703125E-4
aaaaaaab 3.0517578125E-5
ac 0.0625
aac 0.015625
aaac 0.00390625
aaaac 9.765625E-4
aaaaac 2.44140625E-4
aaaaaac 6.103515625E-5
aaaaaaac 1.52587890625E-5
ba 0.125
bba 0.0625
bbba 0.03125
bbbba 0.015625
bbbbba 0.0078125
bbbbbba 0.00390625
bbbbbbba 0.001953125
bc 0.125
bbc 0.0625
bbbc 0.03125
bbbbc 0.015625
bbbbbc 0.0078125
bbbbbbc 0.00390625
bbbbbbbc 0.001953125
ca 0.0625
cca 0.015625
ccca 0.00390625
cccca 9.765625E-4
ccccca 2.44140625E-4
cccccca 6.103515625E-5
ccccccca 1.52587890625E-5
cb 0.125
ccb 0.03125
cccb 0.0078125
ccccb 0.001953125
cccccb 4.8828125E-4
ccccccb 1.220703125E-4
cccccccb 3.0517578125E-5
check_sum=0.996063232421875
a:0.25: result=0.58135986328125
b:0.5: result=0.82940673828125
c:0.25: result=0.58135986328125
если увеличить количество повторений, то получится:
check_sum=1.0
a:0.25: result=0.5833333333333334
b:0.5: result=0.8333333333333333
c:0.25: result=0.5833333333333333
кстати, события {будет А, будет Б, будет С} не образуют полную группу, сумма их вероятностей не равна 1.
no subject
Date: 2007-08-18 11:27 pm (UTC)ето пренебрегая повторами - честным расписыванием вероятностей
надо просто учитывать что эффективные вероятности последуюших событий меняются..
если выпало "б" то во втором а:ц=1:1, а если а - то б:ц=2:1
в брут форсе кстати учесть легко... писал бы на чем нормальном - переделал бы, а так .. спагетти-код получился, не разобраться
no subject
Date: 2007-08-18 11:41 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 11:42 pm (UTC)no subject
Date: 2007-08-19 12:02 am (UTC)2 из 3-х: а b c , 0.5, 0.25, 0.25
2 из 4-х: а b c d, 1/6, 2/6, 2/6, 1/6
сходится
только вот для случая, когда выбираешь больше, чем 2, похоже надо ещё учитывать размещения ... +бесконечного+ числа элементов
типа
ababab...c
aaabbb...c
aabbab...c
no subject
Date: 2007-08-19 12:29 am (UTC)во втором круге после выпадения "а" все вероятности остальных результатов домножаются на 1/(1-а); после выпадения "аб" - в третем круге 1/(1-а)(1-б)
никаких прогрессий, тупой перебор.
для случая 0.5, 0.25,0.25:
после выпадения А(0.5), вероятности б и ц будут 0.25/(1-0.5)=0.5
после выпадения Б(0.25) - а'=0.5/(1-0.25)=2/3, ц'=0.25/(1-0.25)=1/3
т.е. вероятность
АБ=АЦ в полном раскладе (включая все повторы) 0.5*0.5=1/4
БА(=ЦА)=0.25*2/3=1/6,
БЦ=ЦБ=0.25*1/3=1/12
вот и фсе, осталось расписать на случай 4 элементов из 11...
no subject
Date: 2007-08-19 11:05 am (UTC)программа даёт те же результаты для предыдущих примеров:
check_sum=0.9995112419128418
a:0.25: result=0.5830888748168945
b:0.5: result=0.8328447341918945
c:0.25: result=0.5830888748168945
Зелёный, проверь, у тебя то же самое через монтекарло получилось?
4 из 11:
check_sum=0.9999991075274337
2:0.027777777777777776: result=0.13082540553267935
3:0.05555555555555555: result=0.24893756434728012
4:0.08333333333333333: result=0.353921116535629
5:0.1111111111111111: result=0.4456963584380095
6:0.1388888888888889: result=0.5246803714082363
7:0.16666666666666666: result=0.5918747975860624
8:0.1388888888888889: result=0.5246803714082362
9:0.1111111111111111: result=0.4456963584380088
10:0.08333333333333333: result=0.3539211165356294
11:0.05555555555555555: result=0.24893756434727982
12:0.027777777777777776: result=0.13082540553267938
(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:(no subject)
From:no subject
Date: 2007-08-20 07:21 am (UTC)no subject
Date: 2007-08-18 09:12 pm (UTC)вероятность выпадения каждого из чисел от 2 до 12 не "в таком эксперименте", а в эксперименте по п.1, а про полный эксперимент 1-3 вопрос не в этой вероятности, а в том, как её использовать, чтобы ЛИБО найти вероятность, что время ожидания (число бросков) до успеха равно t, ЛИБО найти вероятность каждой последовательности четырёх разных чисел, ЛИБО какой-то её функции, и чего ты хочешь, ты так и не сказал.
На второй вопрос мне отвечать прямо сейчас лень, время ожидания всегда несколько муторно, да и не ясно, чего ты хочешь.
Первый вопрос элементарен. Два кубика независимы. Вероятность каждого результата от 1 до 6 для каждого кубика 1/6. Всего комбинаций 36. Из них каждая сумма получается следующим образом:
2=1+1 1 комбинация, вероятность 1/36
3=1+2=2+1 2
4=1+3=2+2=3+1 3
5=1+4=2+3=3+2=4+1 4
6=1+5=2+4=3+3=4+2=5+1 5
7=1+6=2+5=3+4=4+3=5+2=6+1 6
8=2+6=3+5=4+4=5+3=6+2 5
9=3+6=4+5=5+4=6+3 4
10=4+6=5+5=6+4 3
11=5+6=6+5 2
12=6+6 1
На второй вопрос (если он про время ожидания!), кажется мне, проще всего ответить построением дерева решений, и я не думаю, что можно короче.
no subject
Date: 2007-08-20 07:25 am (UTC)А дерево решений там получается какое-то монструозное... Т.е. как считать понятно, но хотелось бы чего-нибудь более элегантного.
no subject
Date: 2007-08-20 10:20 am (UTC)с вероятностью 1/36 в первом броске
с вероятностью 5/36 х 1/36 во втором (5/36 это вероятность что в первом не было 1)
с вероятностью (5/36)^2 х 1/36 в третьем
(5/36)^3 х 1/36 в четвертом
вероятность других чисел считай сам.
no subject
Date: 2007-08-20 10:28 am (UTC)no subject
Date: 2007-08-20 11:22 am (UTC)А так - не 5/36*1/36, а 35/36*скорректированную вероятность. Скорректированную, потому что выкинуть во втором круге 1-1 уже не 1/36, потому что кандидатов уже не 36, а 36 - вес того, кто выпал в первом туре. Т.е. если в первом броске выпало 7, то вероятность выпадения 1-1 во втором туре равна 1/30. Таким образом даже проще разбить твои 35/36 на кусочки, соответствующие разным скорректированным вероятностям:
2/36 (в первом туре выпало 3) * 1/34 (коррекция вероятности 1-1) + 3/36 (выпало 4) * 1/33 + ...
Всё понятно, непонятно, как это довести до такого вида, где можно было бы посчитать вероятность в уме. Не уверен, что существует такой вид, но ведь очень хочется верить...