【概率学】彩票问题代码解析


问题背景

有三张彩票,一张有奖。你买了一张,老板在自己剩余的两张中刮开了一张,没中。这时候他要用剩下的一张和你换,你换不换?换和不换你中奖的概率一样吗?(你可以思考一下,然后看我下面的回答)

解析

从直觉上来讲,彩票中奖的概率是1/3,你最先抽了一张,不管咋操作,中奖的概率应该都是1/3。这时候老板排除掉了一张没中奖的,剩下两张必有一张中奖,所以概率是1/2。换和不换应该都一样。你是这么答的吗?

这时候需要引申出贝叶斯了,贝叶斯在概率的计算中引入了先验概率,即在知道了一些事情的情况下,概率会发生变化,按照贝叶斯的解答应该是怎样的呢?

首先我们要引入概率的一些写法(事实上如果你不太明白这些公式的话,建议适当补一些概率的课程,在机器学习中非常有用)

补充知识:P(A|B)表示在B发生的情况下A发生的概率。P(A|B) = [P(B|A)*P(A)] / P(B)。

我们假设A表示你手里目前这张是中奖的,B表示老板刮出来的那张是没中奖的(虽然题目中说明了老板刮出来的没中,但还是需要将情况假设出来)

那么由上面可得:

P(A|B) = [P(B|A)*P(A)] / P(B)

在式中P(B|A)表示在A发生的情况下B发生的概率,代入题目中也就是如果你手里这张是中奖的,那老板刮出来那张没中奖的概率。很显然这是必然的,因为只有一张是中奖的,所以P(B|A)=1,也就是必然的事件。P(A)表示你手里目前这张是中奖的概率,在计算P(A)时因为没有给出前提条件,所以P(A)=1/3,也就是三张彩票,你手里中奖的概率是1/3。P(B)表示老板刮出来那张是没中奖的概率,题目中已经给出前提条件老板刮出来的是没中奖的,所以概率P(A)=1.

那么将数代进式子里面:P(A|B) = [P(B|A)*P(A)] / P(B) = [1 * 1/3] / 1 = 1/3,也就是说在老板刮出来一张没中奖的彩票前提下,你手里这张中奖的概率是1/3,老板手里剩余那张是2/3。为了中奖概率最大化,应该和老板手里的彩票交换。

是不是感觉不对劲,三张彩票我自己抽了一张,我中不中奖怎么还和老板刮不刮自己的彩票有关系了呢?P(A|B)这个算法是错的吧?当时论坛也争论了很久,但十年前的人们还不太会使用贝叶斯来武装自己,有一部分用直觉,也就是脑袋算法,坚持就是1/2。另一部分去绕来绕去分析,企图找到直觉没考虑到的地方来证明是1/3和2/3。

代码实现

# 定义老板第一张彩票不中奖的情况次数
total_no_cnt = 0
# 定义老板第一张彩票不中奖,而我中奖的次数
my_cnt = 0

for _ in range(100000):
    # 模拟中奖情况,三张彩票,有一张有奖,数字1表示中奖,老板随机抽取两张,剩下的一张归我
    list_a = [0, 0, 1]
    boss_data_1 = choice(list_a)
    list_a.remove(boss_data_1)
    boss_data_2 = choice(list_a)
    list_a.remove(boss_data_2)
    my_data = list_a[0]

    # 已知老板第一张彩票不中奖的情况下:
    if boss_data_1 == 0:
        total_no_cnt += 1
    if my_data == 1:
        my_cnt += 1

print("老板第一张彩票不中奖,我的中奖概览为:%s", str(my_cnt / total_no_cnt))


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