今天跟大家分享一个既有意思又伤脑的话题,实际上是一道和概率有关的数学题,也可以理解为一个脑筋急转弯。
先跟大家做个铺垫,假设有一对夫妻,他们生了5个孩子,而这5个孩子都是男孩,那么请问生第六个孩子是女孩的概率是多少?
一个前提假设就是他们每生一个孩子,这个孩子是男是女的概率都是1/2,而且每次生育都是相互独立的事件。那么学过统计学的同学们都知道答案是1/2。即使前五个生的都是男孩,但是第六个孩子和前五个孩子没有什么关系,所以第六个孩子生男生女都是50%的概率。
可是这个答案会不会很奇怪、很反直觉呢?因为在我们平常生活中,如果一对夫妻生了5个都是男孩,那么凭感觉,第6个孩子是女孩的可能性更大一点吧?
如果这对夫妻生了6个孩子,这6个孩子全都是男孩,那么这件事发生的概率,就是2的六次方分之一,也就是1/64,是一个非常小概率的事件,那么我们反过来想,那么在这六个孩子当中至少有一个孩子是女孩的概率是多少呢?很简单,是63/64,所以前五个孩子是男孩的话,那第六个孩子是女孩的概率是63/64。这也就是为什么我们的直觉会认为第六个孩子总该是女孩了。
而实际正确答案是1/2,那到底是什么原因呢?
其实前一种算法就是标准答案的算法,真的是把每一种情况都相互独立开了,这涉及到统计学的一个概念,叫做条件概率(Conditional probabltiy)。顾名思义,就是当一件事情已经发生了,比如5个男孩这件事已经发生的情况下第六个孩子到底是男孩还是女孩?确实就是1/2。
第二种可能不是标准正确答案,但是更符合我们的直觉,它没有用到条件概率的概念,而是把生六个孩子当作是一个整体,没有拆开。当你这么考虑问题的时候就会发现,6个孩子全是男孩肯定是非常非常小概率的事件,而至少有一个女孩是大概率事件。但是这种方式其实是错误的。
为什么说第二种方式是错误的呢?因为它把这6个事件当作一件事情来看待,而我刚才强调了,一个前提就是每生一个孩子事件,彼此之间是相互独立的。
而这件事给我的思考就是你看待问题的视角不同,可能会带来完全不同的结论。而真正的标准答案却只有一个。
预热完了,真正烧脑的部分来了,是这样的:
在美国的一档综艺节目上,主持人在舞台上摆放了三扇小门,门后面随机放着两头羊和一辆豪华轿车。谁也不知道哪扇门背后是羊,哪扇门背后是车。这时候主持人就把嘉宾叫上来抽奖,这个抽奖的形式非常有意思,大概步骤是这样的:
嘉宾先去选择一扇门,然后主持人会把另外两扇门当中的一扇打开,这扇门后面一定是羊。(主持人事先知道哪扇门背后是豪华轿车,哪扇门背后是羊的,然后特意打开未被选择的两扇门中背后是羊的那扇,把这部分的真相公之于众。)
这时候剩下两扇门是关着的了,一扇是嘉宾所选中的,另外一扇背后谁也不知道是羊还是轿车。大家都想要去选择豪华轿车,可是到底如何才能抽中这个豪华轿车呢?
主持人问嘉宾:你现在知道哪扇门背后有羊了,现在你可以重新再做一次选择。你是想坚持自己之前的选择还是想要选择没被打开的另外那扇门呢?只要你告诉我你的最终选择,我就会把你选择的哪扇门打开,如果是羊,你可以把羊牵走,如果是豪华轿车,你就可以把这辆豪车开走。
这是我们金融工程专业非常传统和经典的面试题,其实是美国非常著名的一道选择题,这个综艺节目主持人叫Monty Hall,这个问题以这位主持人的名字命名,叫做Monty Hall问题。它是一道非常经典的统计概率问题,核心精髓就是条件概率。
据吴军说,美国有超过50%的PFD(博士生)都回答不上来,或者因为实在太反直觉了,他们都回答错了。那么这个问题的答案到底是什么呢?
很简单,就是All with Change,你永远都要转换门,因为只有你转换了那扇门,去选择你刚开始没选的那扇门,你赢得豪车的概率才会更高。
首先我们可以给这三个门先编号ABC。
假设你选择的是A门,那么主持人把C门打开,告诉你C门背后是羊,这个时候你就知道豪车要么在A门,要么在B门,可是如果你坚持选A,就相当于你没有利用主持人给你的第二次机会,这时候你的中奖概率跟之前一样,都是1/3。如果你转到了B门,这个时候就完全不一样了,相当于你知道了C门背后是羊这个信息后重新在A和B中间选择,那么中将概率就是1/2。也就是说如果你坚持A,那么你中奖的概率是1/3,如果你第二次选择了B,概率就是1/2。
所以说从统计学、概率学来说,你永远要去做获奖概率更高的事情,那么你就一直应该转变,这就是标准的正确答案。
是不是很反直觉?因为它是条件概率,是基于C门后面有羊的这个前提条件。
其实这个问题不仅是在美国,甚至是全世界的数学界、统计学或者概率学界,可能都有长期广泛深入的讨论。如果你把它作为一个简化的版本理解,正确答案就是一个:永远都要换门。
但是如果从另外一个角度来思考,当主持人打开了C门,让你在A和B之间重新做选择的时候,A和B门后选中豪车的概率都是1/2,那么你换还是不换到底有什么区别呢?
其实这个问题我到现在也没有完全想明白,我是希望有这样的一个机构或组织进行大规模的实验,验证换不换门对最后中奖的概率到底有没有影响。也希望咱们心流造物的小伙伴们,如果有对这件事儿更加了解的同学,可以为我指点迷津。
我今天为什么要说这个话题呢?我发现生活当中很多事情真的是非常奇妙,明明很反直觉,但就是正确答案。因为不同的视角看问题,就会得到不同的答案,而真正正确的答案永远只有一个,这就需要你去找到最佳的视角。
就像相对论里所说的,
不同的坐标系之间,很多事情是没有可比性的,这就是我们这个宇宙,我们这个世界的奇妙之处。
这个话题先聊到这儿,咱们下期接着聊。
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