贝特朗悖论(Bertrand's Paradox)

贝特朗悖论:在一给定圆内所有的弦中任选一条弦,求该弦的长度长于圆的内接正三角形边长的概率。

至少有三种方法可以在一个圆上随机选择一条弦,如下:
Bertrand's Paradox
解法一:如左图,由于对称性,可预先固定弦的一端。仅当弦与过此端点的切线的交角在60°~120°之间,其长才合乎要求。所有方向是等可能的,则所求概率为1/3。此时假定端点在圆周上均匀分布。
解法二:如中图,由于对称性,可预先指定弦的方向。作垂直于此方向的直径,只有交直径于1/4点与3/4点间的弦,其长才大于内接正三角形边长。所有交点是等可能的,则所求概率为1/2。此时假定弦的中心在直径上均匀分布。
解法三:如右图,弦被其中点位置唯一确定。只有[......]

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蒙提霍尔问题(Monty Hall Problem)

蒙提霍尔问题,亦称为蒙特霍问题或三门问题(英文:Monty Hall Problem)[1],是一个源自博弈论的数学游戏问题,大致出自美国的电视游戏节目Let's Make a Deal。问题的名字来自该节目的主持人蒙提·霍尔(Monty Hall)。

Monty_Hall这个游戏的玩法是:参赛者会看见三扇关闭了的门(X、Y、Z),其中一扇的后面有一辆汽车,选中后面有车的那扇门就可以赢得该汽车,而另外两扇门后面则各藏有一只山羊。当参赛者选定了一扇门(例如X),但未去开启它的时候,知道门后情形的节目主持人会开启剩下两扇门的其中一扇(例如Y),露出其中一只山羊。主持人其后会问参赛者是坚持原来的选择(即X)呢,还[......]

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赌徒破产问题

一个赌徒在每次赌博中以概率p赢一个单位,并以概率q=1-p输一个单位,假设各次赌博都是独立的,赌徒在开始时有a个单位,问他的财富在达到0(即破产)前先达到N的概率是多少[1]

设Pa(a=0,1,…,N)记赌徒在开始时有a个单位而且他的财富最终达到N的概率。通过对初始的一次赌博的结果取条件,我们得到

Pa = pPa+1 + q Pa-1,  a=1,2,…,N-1

由于p+q=1,上式等价地有

pPa + qPa = pPa+1 + q Pa-1

或者

Pa+1 - Pa = (Pa - Pa-1),  a=1,2,…,N-1

由于P0[......]

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匹配问题

以下的第一个匹配问题摘自[1]:

问题:假如你有一个装了n个无差别的球的罐子,每个球分别贴了1,2,3,…,n的标签。每次取出一个球直至所有球均取出,那么,至少有1个球的取出顺序与它的标签一致的概率是多少(例如,标签为2的球是第2个取出来的)?

解答 n个球有n!种排列顺序,假设在某一排列中第j个元素代表第j个取出的球。令Pj(j=1,2,…,n)代表某一给定的排列的第j个取出的球的标签为j,并且令Aj代表具有属性Pj的排列的集合。那么,至少有1个球的取出顺序与它的标签一致的排列的数量Ln
$$! \begin{array}{l} {{L}_{n}}=|{{A}_{1}}\cup {{[......]

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Dice Roll

连续抛掷一枚标准的骰子(即出现6种点数的概率一样,均为1/6)直至点数和超过12。则点数和最有可能是多少?例如,如果点数依次为3、6、1、5,则点数和为15。

一种解法是穷举所有点数系列,看看哪个点数和最有可能。但有另一种更巧妙的方法。假如点数系列之和为14,则最后一次抛骰子的点数不可能是1,否则点数和为13(已经超过12)而终止。对于产生14的所有点数系列,如果最后一次的点数均减少1,则可以产生13(因得到14的最后一次不能是1,所以得到14的最后一次骰子点数只能是2、3、4、5、6,那么若最后一次骰子点数改为1,2,3,4,5,这些点数系列之和就会得到13),因此,出现点数和为[......]

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浦丰投针问题(Buffon’s Needle Problem)

浦丰投针问题(Buffon’s Needle Problem)是几何概率的经典问题之一,由George-Louis Leclerc和Comte de Buffon于1777年提出——平面上画有等距离为D(D>0)的无限多条平行线,向此平面投掷一根长度为L(L≤D)的针,则该针与任一平行线相交的概率Pcut为:


重复进行投掷的试验,记下试验总次数Nd和针与平行线相交的次数Nc,则利用以上公式可以近似求得圆周率π:
$$!\pi =\frac{2L}{{{P}_{cut}}D}\approx \frac{2L}{({{N}[......]

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单位区间[0 1]里随机分布n个点

在数轴上的区间[0 1]上有两个随机点A和B,它们的坐标服从[0 1]上的均匀分布,即X1~U(0,1),X2~U(0,1)。则此两点间距离的数学期望是多少?

两点间的距离X = |X1-X2| = max{X1,X2} - min{X1,X2}。令Y = max{X1,X2}, Z = min{X1,X2},两者的累积分布函数为:

F(Y) = P(Y≦y) = P(X1≦y & X2≦y) = P(X1≦y) × P(X2≦y) = y×y = y2

F(Z) = P(Z≦z) = 1-P(Z≧z) = 1-P(X1≧z & X2≧z) = 1 - P(X1≧z) × P(X[......]

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收集与调和级数

Collecting Coupons: Coupons in cereal boxes are numbered 1 to 5, and a set of one of each is required for a prize. With one coupon per box, how many boxes on the average are required to make a complete set?

这是《Fifty Challenging Problems in Probability with Solutions》书中的第14个题目[1]。在第一个盒子中,我们得到其中一个数字[......]

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生日问题(Birthday Problem)

生日问题[1-2]是指在随机选择的一群人当中有两人的生日相同的概率。如果一个房间里有23个或23个以上的人,那么至少有两个人的生日相同的概率要大于50%;对于60或者更多的人,这种概率要大于99%。计算与此相关的概率被称为生日问题,在这个问题之后的数学理论已被用于设计著名的密码攻击方法:生日攻击。

假设有n个人在同一房间内,不考虑特殊因素,例如闰年、双胞胎,并且假设一年365日出生概率是均匀分布的。首先计算每个人的生日日期都不同的概率为:
$$!\begin{equation} \overline{p(n,365)}=\frac{A_{365}^{n}}{{{365}^{n}}} \en[......]

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连续抛掷一枚出现正面的概率为p的硬币

一、首次出现正面时抛掷次数的平均值E(N)。

令Y=1表示第一次掷硬币的结果是正面,Y=0表示第一次掷硬币的结果是反面,则:

E(N) = E(N|Y=0) × P(Y=0) + E(N|Y=1) × P(Y=1)
=[1 + E(N)] × (1-p) + 1×p
=1 + (1-p) × E(N)

所以:E(N) = 1/p

另一种方法是使用吸收马尔可夫链,以硬币处于正面的状态为吸收状态,易得标准形式的转移矩阵为:


则有:N = (I-B)-1 =[......]

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