理解期望值,有助于分析赌场里的大部分赌局,以及美国中西部和英国的嘉年华会中,常有人玩、但一般人比较不熟悉的赌法:骰子掷好运(chuck-a-luck)。
招揽人来玩“骰子掷好运”的说词极具说服力:你从 1 到 6 挑一个号码,庄家一次掷三颗骰子,如果三个骰子都掷出你挑的号码,庄家付你 3 美元。要是三个骰子里出现两个你挑的号码,庄家付你 2 美元。
假如三个骰子里只出现一个你挑的号码,庄家付你 1 美元。如果你挑的号码一个也没有出现,那你要付庄家 1 美元。赛局用三个不同的骰子,你有三次机会赢,而且,有时候你还不只赢 1 美元,最多也不过输 1 美元。
我们可以套用名主持人琼安.李维丝(Joan Rivers)的名言(按:她的名言是:“我们能聊一聊吗?”),问一句:“我们能算一算吗?”(如果你宁愿不算,可以跳过这一节。)不管你选哪个号码,赢的机率显然都一样。不过,为了让计算更明确易懂,假设你永远都选 4。骰子是独立的,三个骰子都出现 4 点的机率是 1/6×1/6×1/6=1/216,你约有 1/216 的机率会赢得 3 美元。
仅有两个骰子出现 4 点的机率,会难算一点。但你可以使用第 1 章提到的二项机率分布,我会在这里再导一遍。三个骰子中出现两个 4,有三种彼此互斥的情况:X44、4X4 或 44X,其中 X 代表任何非 4 的点数。而第一种的机率是 5/6×1/6×1/6=5/216,第二种和第三种的结果也是这样。三者相加,可得出三个骰子里出现两个 4 点的机率为 15/216,你有这样的机率会赢得 2 美元。
图/envato
同样的,要算出三个骰子里只出现一个 4 点的机率,也是要将事件分解成三种互斥的情况。得出 4XX 的机率为 1/6×5/6×5/6=25/216,得到 X4X 和 XX4 的机率亦同,三者相加,得出 75/216。这是三个骰子里仅出现一个 4 点的机率,因此也是你赢得 1 美元的机率。
要计算掷三个骰子都没有出现 4 点的机率,我们只要算出剩下的机率是多少即可。算法是用 1(或是100%)减去(1/216 +15/216 + 75/216),得出的答案是 125/216。所以,平均而言,你每玩 216 次骰子掷好运,就有 125 次要输 1 美元。
这样一来,就可以算出你赢的期望值($3×1/216)+($2×15/216)+($1×75/216)+(–$1×125/216)=$(–17/216)=–$0.08。平均来说,你每玩一次这个看起来很有吸引力的赌局,大概就要输掉 8 美分。
寻找爱情,有公式?
面对爱情,有人从感性出发,有人以理性去爱。两种单独运作时显然效果都不太好,但加起来⋯⋯也不是很妙。不过,如果善用两者,成功的机率可能还是大一些。回想旧爱,凭感性去爱的人很可能悲叹错失的良缘,并认为自己以后再也不会这么爱一个人了。而用比较冷静的态度去爱的人,很可能会对以下的机率结果感兴趣。
在我们的模型中,假设女主角——就叫她香桃吧(按:在希腊神话中,香桃木﹝Myrtle﹞是爱神阿芙萝黛蒂﹝Aphrodite﹞的代表植物,象征爱与美)有理由相信,在她的“约会生涯”中,会遇到 N 个可能成为配偶的人。对某些女性来说,N 可能等于 2;对另一些人来说,N 也许是 200。香桃思考的问题是:到了什么时候我就应该接受X先生,不管在他之后可能有某些追求者比他“更好”?我们也假设她是一次遇见一个人,有能力判断她遇到的人是否适合她,以及,一旦她拒绝了某个人之后,此人就永远出局。
为了便于说明,假设香桃到目前为止已经见过 6 位男士,她对这些人的排序如下:3—5—1—6—2—4。这是指,在她约过会的这 6 人中,她对见到的第一人的喜欢程度排第 3 名,对第二人的喜欢程度排第 5 名,最喜欢第三个人,以此类推。如果她见了第七个人,她对此人的喜欢程度超过其他人,但第三人仍稳居宝座,那她的更新排序就会变成 4—6—1—7—3—5—2。每见过一个人,她就更新追求者的相对排序。她在想,到底要用什么样的规则择偶,才能让她最有机会从预估的 N 位追求者中,选出最好的。
图/envato
要得出最好的策略,要善用条件机率(我们会在下一章介绍条件机率)和一点微积分,但策略本身讲起来很简单。如果有某个人比过去的对象都好,且让我们把此人称为真命天子。如果香桃打算和 N 个人碰面,她大概需要拒绝前面的 37%,之后真命天子出现时(如果有的话),就接受。
举例来说,假设香桃不是太有魅力,她很可能只会遇见 4 个合格的追求者。我们进一步假设,这 4 个人与她相见的顺序,是 24 种可能性中的任何一种(24=4×3×2×1)。
由于 N=4,37% 策略在这个例子中不够清楚(无法对应到整数),而 37% 介于 25% 与 50% 之间,因此有两套对应的最佳策略如下:
(A)拒绝第一个对象(4×25%=1),接受后来最佳的对象。
(B)拒绝前两名追求者(4×50%=2),接受后来最好的求爱者。
如果采取A策略,香桃会在 24 种可能性中的 11 种,选到最好的追求者。采取 B 策略的话,会在 24 种可能性中的 10 种里择偶成功。
以下列出所有序列,如同前述,1 代表香桃最偏好的追求者,2 代表她的次佳选择,以此类推。因此,3—2—1—4 代表她先遇见第三选择,再来遇见第二选择,第三次遇到最佳选择,最后则遇到下下之选。序列后面标示的 A 或 B,代表在这些情况下,采取 A 策略或 B 策略能让她选到真命天子。
1234;1243;1324;1342;1423;1432;2134(A);2143(A);2314(A, B);2341(A, B);2413(A, B);2431(A, B);3124(A);3142(A);3214(B);3241(B);3412(A, B);3421;4123(A);4132(A);4213(B);4231(B);4312(B);4321
如果香桃很有魅力,预期可以遇见 25 位追求者,那她的策略是要拒绝前 9 位追求者(25 的 37% 约为 9),接受之后出现的最好对象。我们也可以用类似的表来验证,但是这个表会变得很庞杂,因此,最好的策略就是接受通用证明。(不用多说,如果要找伴的人是男士而非女士,同样的分析也成立。)如果 N 的数值很大,那么,香桃遵循这套 37% 法则择偶的成功率也约略是 37%。接下来的部分就比较难了:要如何和真命天子相伴相守。话说回来,这个 37% 法则数学模型也衍生出许多版本,其中加上了更合理的恋爱限制条件。