概率和數學期望小結


概率:

1.一件事情發生的理論可能性。

2.∑pi=1

數學期望:

1.一件事情(隨機變量)的取值結果和概率乘積的總和。

2.E(x)=∑pi*xi (期望定義)

3.E(ax+by)=aE(x)+bE(y)  (期望的線性性質)

4.E(x*y)=E(x)*E(y)(x,y獨立時一定成立)

 

例題1:

綠豆蛙的歸宿

Description:

給出一個有向無環圖,起點為1終點為N,每條邊都有一個長度,並且從起點出發能夠到達所有的點,所有的點也都能夠到達終點。

綠豆蛙從起點出發,走向終點。 到達每一個頂點時,如果有K條離開該點的道路,綠豆蛙可以選擇任意一條道路離開該點,並且走向每條路的概率為 1/K 。 現在綠豆蛙想知道,從起點走到終點的所經過的路徑總長度期望是多少?

Solution:

基礎期望。

f[i]:從i到n的期望長度。f[i]=1/k * ∑ ( f[ver[j]] + z[val[j]] ) j是邊號。f[n]=0;

反向建邊拓撲排序轉移即可。

為什么是i到n?不是1~i?

1.因為,1~i設法,不能准確轉移到f[ver[i]] , 因為1可能不會到i,期望長度沒有意義。

2.因為,這樣的轉移,概率之和是決策點的度數倒數之和,可能不是1,轉移無法解釋。

 

例題2:

游走

Description:

一個無向連通圖,頂點從1編號到N,邊從1編號到M。 小Z在該圖上進行隨機游走,初始時小Z在1號頂點,每一步小Z以相等的概率隨機選 擇當前頂點的某條邊,沿着這條邊走到下一個頂點,獲得等於這條邊的編號的分數。當小Z 到達N號頂點時游走結束,總分為所有獲得的分數之和。 現在,請你對這M條邊進行編號,使得小Z獲得的總分的期望值最小。

Solution:

首先進行貪心。經過次數最多的邊賦值最小的編號。

轉化為記錄邊的經過次數期望。不好算。

點的經過次數期望好算。p[i]=∑p[j]*1/d[j]

p[1]=∑p[j]*1/d[j] + 1

並且,因為到了n就停止了,所以與n有關的p[n]轉移都不存在。

並且,p[n]=1;期望一定經過有且只有一次。

發現,無法遞推。成環。

就列方程。高斯消元。

再求出經過邊i的期望次數:l[i]=p[x]*1/d[x] + p[y]*1/d[y] (x,y兩端點編號)

之后模擬就好。

 

例題3:

收集郵票:

見:bzoj1426 收集郵票

 

例題4:

OSU!

Description:

一共有n次操作,每次操作只有成功與失敗之分,成功對應1,失敗對應0,n次操作對應為1個長度為n的01串。在這個串中連續的 X個1可以貢獻X^3 的分數,這x個1不能被其他連續的1所包含(也就是極長的一串1,具體見樣例解釋)
現在給出n,以及每個操作的成功率,請你輸出期望分數,輸出四舍五入后保留1位小數。
N<=100000

xk[i]表示,到了i位置,連續有的1的個數的k次方的期望。

x1[i]=(x1[i-1]+1)*a[i]
x2[i]=(x2[i-1]+2*x1[i-1]+1)*a[i]
x3[i]=(x3[i-1]+3*x2[i-1]+3*x1[i-1]+1)*a[i]
x3[i]-x3[i-1]

答案數組:i位置期望得分
ans[i]=ans[i-1]+(3*x2[i-1]+3*x1[i-1]+1)*a[i];
答案是ans[n]
解釋一下最后一行,如果第i位為1,答案增加的量是E((t[i-1]+1)^3)-E((t[i-1])^3)

計算的是增加量,否則難以快速計算這段1的開頭位置。

增加量只有這么多,因為之前和ans[i-1]是一樣的。
t[i]表示i往前有連續幾個1
這是一個隨機變量,不是期望值。

E(t[i])=x1[i]...

 

 

(update 2018.9.19)

例題5

noip 2016 換教室

線性期望dp的經典題目了。

此題關鍵在於弄清楚:E(x)=P(x)*x

 

例題6

[JLOI2012]時間流逝

不太正規的樹形期望dp,和線性dp還有一些關聯。

關鍵點在於狀態設計和環形的線性處理。

 

 

例題7

 [SHOI2014]概率充電器

SHOI2014,樹形+二次掃描換根+期望dp

其實看似多了一個樹形結構,但是樹形結構性質優美,

樹形dp也是比較有規律的。

 

例題8

[Noi2012]迷失游樂園

同樣是:樹形+二次掃描換根+期望dp

但是由於基環樹的出現,分類討論了,思維量就大多了。

 

 

 

總結:

數學期望以難以證明的性質,花樣繁出的特點聞名於OI界。

其難以下手的恐懼,令不少蒟蒻心有余而力不足。

還是抓住關鍵的線性遞推式,和期望定義 。 慢慢仔細分析。

對於期望狀態的設計:

1.多個終點一個起點,就f[i]表示,從i到終點的期望步數,f[s]即為答案

2.多個起點一個終點,就f[i]表示,從起點到i的期望步數,f[t]即為答案

3.與終點無關的樹形期望dp,通常往子樹對i,父親對i影響考慮,和一般的樹形dp類似。


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