概率论的那些事儿

发布 2021-10-22 15:39:28 阅读 6895

博弈与概率。

据说最早研究概率的人叫帕斯卡.他是法国的一位天才,他留下这样一个名言“人类是能思考的芦苇”,他也同样喜欢赌博,他的朋友中有一位是赌博专家,名叫杜马莱.

有一决杜马莱对帕斯卡提出如下问题:“实力相等胜负可能性各占一半的两个人a和b进行了第三次胜负的争夺战(三局两胜).第一个回合a取胜时,由于某种情况争夺不得不中断,下的赌钱应该如何分配才好呢?

帕斯卡不愧是天才,他这样回答了杜马莱的问题;“先做一个树结构图,根据树结构图a胜的概率是3/4时,就把赌钱的3/4分给a,把剩下的1/4分给b就可以了.”于是,概率的计算就这样产生了.概率论是“生活真正的领路人,如果没有对概率的某种估计,那我们就寸步难移,无所作为。”它起源于并不高尚的赌博,但它目前已发展为一个蔚为大观的庞大数学理论。在西方的语言中,概率一词是与探求事物的真实性联系在一起的。

我们的生活中有其确定性的一面,如像瓜熟蒂落,日出日没,春夏秋冬,暑往寒来,次序井然,有固定规律可循。生活的另一面却充满了各种各样的偶然性,充满了各种各样的机遇,茫茫然而难踪其绪。概率论的目的就在于从偶然性中探求必然性,从无序中探求有序。

赌博就是利用概率的一典范。

赌博中不可缺少的一样东西是骰子,它是一种正方体形玩具,在正方体的各面上分别有点数1,2,3,4,5,6。投掷一个骰子,它落地时向上的数可能是情形1,2,3,4,5,6之一,即可能出现的结果有6种,由于骰子是均匀的,可以认定这六种结果出现的可能性都相等,即每一种结果的概率都是 。 据说卡当曾参加过这样的一种赌法:

把两颗骰子掷出去,以每个骰子朝上的点数之和作为赌的内容。已知骰子的六个面上分别为1~6点,那么,赌注下在多少点上最有利?

两个骰子朝上的面共有36种可能,点数之和分别可为2~12共11种。从图中可知,7是最容易出现的和数,它出现的概率是 ,六分之一。

卡当曾预言说押7最好。 现在看来这个想法是很简单的,可是在卡当的时代,应该说是很杰出的思想方法。在那个时代,虽然概率论的萌芽有些进展,但还没有出现真正的概率论。

十七世纪中叶,法国贵族德·美黑在骰子赌博中,由于有要急近处理的事情必须中途停止赌博,要靠对胜负的**把赌资进行合理的分配,但不知用什么样的比例分配才算合理,于是就写信向当时法国的最高数学家帕斯卡请教。正是这封信使概率论向前迈出了第一步。 帕斯卡和当时第一流的数学家费尔玛一起,研究了德·美黑提出的关于骰子赌博的问题。

于是,一个新的数学分支--概率论登上了历史舞台。虽然概率论它是从考虑某一低级的赌博开始,但它不仅在赌博中占有举足轻重的作用,而且在社会科学,生物学,物理学和化学,经济学,保险业等都有应用。还有待我们去进一步研究。

统计与概率论。

统计是以概率论为基础发展出来的一门新生科学,当然也不是那么新了,只是相对于数学的很多领域来说比较新。早在16世纪之前,就有很多人研究概率,当时的理解叫做gamble theory,赌博理论,也就是一帮子赌徒研究赌博的问题。然后引起了数学家的注意,他们试图将概率引入数学的范畴。

之前的朋友说的也有对的地方,就是kolmogorov建立了概率的理论基础,不过其实是概率论的数学理论基础,并不是大家理解的那种,比如掷筛子,就属于gamble theory,现代概率论更像是测度论,属于理论数学范畴。 另外,我们通常学的和用的,都属于经典概率论,跟现代概率论是不一样的。 统计主要是帮助人们处理数据的一种思想和方法,它是以概率论为基础的。

所以,在很多理论数学家眼里,是看不起统计的,因为它并不是那么纯粹的数学。

在定义上,统计是指对某一现象有关的数据的搜集、整理、计算和分析等的活动。包含统计工作、统计资料和统计学三种含义。贝叶斯定理机率论或概率论是研究随机性或不确定性等现象的数学。

更精确地说,机率论是用来模拟实验在同一环境下会产生不同结果的情状。典型的随机实验有掷骰子、扔硬币、抽扑克牌概率论以及轮盘游戏等。

在研究方向上。

1、统计工作

指搜集、整理和分析客观事物总体数量方面资料的工作过程,是统计的基础。

2、统计资料

统计工作所取得的各项数字资料及有关文字资料,一般反映在统计表、统计图、统计手册、统计年鉴、统计资料汇编和统计分析报告中。

3、统计科学

研究如何搜集、整理和分析统计资料的理论与方法。统计工作、统计资料、统计科学三者之间的关系是:统计工作的成果是统计资料,统计资料和统计科学的基础是统计工作,统计科学既是统计工作经验的理论概括,又是指导统计工作的原理、原则和方法。

原始的统计工作即人们收集数据的原始形态已经有几千年的历史,而它作为一门科学,还是从17世纪开始的。英语中统计学家和统计员是同一个,但统计学并不是直接产生于统计工作的经验总结。每一门科学都有其建立、发展和客观条件,统计科学则是统计工作经验、社会经济理论、计量经济方法融合、提炼、发展而来的一种边缘性学科。

从特点看,数量性社会经济统计的认识对象是社会经济现象的数量方面,包括现象的数量表现、现象之间的数量关系和质量互变的数量界限。总体性社会经济统计的认识对象是社会经济现象的总体的数量方面。例如,国民经济总体的数量方面、社会总体的数量方面、地区国民经济和社会总体的数量方面、各企事业单位总体数量方面等等。

具体性社会经济统计的认识对象是具体事物的数量方面,而不是抽象的量。这是统计与数学的区别。社会性社会经济现象是人类有意识的社会活动,是人类社会活动的条件、过程和结果,社会经济统计以社会经济现象作为研究对象,自然具有明显的社会性。

生活与概率论。

用一个大家喜欢听的例子。

数学概率论分析情感问题,很有意思,而且我发现和我现在所做的采购有相似之处,需要在多方了解的情况下增加自己的database,然后选择最佳概率。请看下文:

波斯公主选驸马。

波斯公主到了适婚年龄,要选驸马。候选男子100名,都是公主没有见过的。百人以随机顺序,从公主面前逐一经过。

每当一位男子在公主面前经过时,公主要么选他为驸马,要么不选。如果选他,其余那些还没有登场的男子就都遣散回家,选驸马的活动也over 了。如果不选,当下这名男子就离开,也就是pass 掉此人,下一人登场。

被pass 掉的,公主不可以反悔再从选。规则是,公主必须在这百人中选出一人做驸马,也就是说,如果前99人公主都看不中的话,她必须选择第100名男子为驸马,不管他有多么丑陋。

任务是:给公主设计选择方法,让她有最高概率选到百人中最英俊的男子为驸马。

说明一点是,没有任何选择方法能够保证公主一定选择到最帅的帅哥。对于任何选择方法,总存在某些出场的顺序,让公主与帅哥错过。所以,题目所问的,不是必胜的选法(因为不存在),而是概率最高的选法。

因为并不是要讨论数学,我这里就直接给出答案了:最佳选法是pass掉最开始的100/e名男子(e=2.718…是自然对数,即100/e约等于37)。

但是记录下这37名男子中最英俊者。之后鱼贯而来的男子中,出现的第一位英俊程度超越所有前37人者,即为驸马。如果人都**了,也没出现这么一位那么就只好选择第100位男子。

正解后面的思考方法。

数学的推论且不论,这个答案背后是一个可为广泛应用的思考方法。公主选择的难处在于她不知道这百人的英俊程度是怎样分布的,是在怎样一个范围内。所以她最佳的策略是,pass掉最初37位男子,但是把他们看成一个有代表性的sample,从而了解这百人相貌的大致分布。

然后在这个认知的基础上进行选择。

真实的谈情说爱当然不是一个简单的选美。普通人也不能像波斯贵族那样要谁有谁。但是思维方法共通。

假如你是一位女生,第一次恋爱的时候,也许你觉得男朋友不够细腻,不解风情。但你无法判断的是,是否天下男生大多如此,还是你特别倒霉碰到这样的极品。你唯有试过三个五个后,才能够对男性这个物种有个全局的判断。

所以,当你和第一任男朋友分手后,大可不必悲天悯人,亦或对天下男人失望。正确的态度是:okay,我现在有一个data point, 现在我来找些更多的data points。

要花多长时间学习?

找到多少data points 才够呢?换句话说我们学习到什么时候才能够信任自己对世界的判断?以下这个小故事中,我们可以看出大自然是怎么解决这个问题的。

2024年冬天,二战进入尾声。德国人封锁了荷兰德占区的补给。1944-2024年的冬天,被称为"hunger winter"(饥饿的冬天)。

有四百五十万荷兰人遭受饥饿,一万八千人饿死。2024年,德国战败,封锁也随之解除。

但这个饥饿冬天所带来的影响却一直留存到几十年后。那些封锁期间怀着孩子的妇女,她们肚子里发育中的胚胎,虽无知觉,也经历了这场灾难。几十年后,当这些孩子成为50岁的中年人,科学家们发现他们会比之前,或者之后出生的荷兰孩子都更肥胖,更容易有心血管疾病。

对此的一种解释是,还在妈妈肚子里的时候,我们的身体就在学习这是怎样一个世界:是个食物充足,衣食无忧的世界?还是一个有上顿没下顿的世界?

这些荷兰饥荒那年出生的婴儿,他们的身体学习到:"这是一个食物匮乏的世界"。哪怕他们成年之后,荷兰已经是一个富余的发达国家,他们的身体还是不忘早年饥饿的经历,会尽力存储脂肪,准备着下一个饥饿冬天的到来。

结果就是这个人群更容易肥胖,并且更容易患有与肥胖相关的心血管疾病。

有意思的是,对食物丰富与否的学习,在10月怀胎中完成,居然之后几十年也无法扭转。这个学习的窗口,是我们的身体,我们的基因所决定的。孩子学东西快,是因为他们的身体和大脑就是specialized 学习机器。

有研究说,人脑中负责抽象思维的前额叶在25岁才定型(注2)。换句话说,25岁以前,我们的思维,特别是那些高级的认知能力,还在不断变化着。而这其中很多的变化,就来自我们的环境。

这种变化,就是我们在学习我们所在的,到底是怎样一个世界;怎样的思维和行为,是在这个世界上行得通的。

从人脑的发育看来,过了25岁,至少从生理上来说,这种学习就停止了。这个deadline 取决于基因,而基因**于千百万年的进化。千百万年中,人类的平均寿命是徘徊在20-30岁。

这可能就是为什么我们的学习,从我们身体的设计上看来,是在25岁就截止了。

我们无法影响自己生理、身体上的学习,但是有些事情的学习,却是我们可以影响的,而且应该去影响的。选择怎样的工作?居住在哪个城市?

找什么样的伴侣?这些似乎不是应该匆匆忙忙,赶着一个deadline(特别是25岁的deadline)去决定的事情。你会进行很多比较,才决定购买一辆汽车或者房子。

而工作、伴侣,这些更重要的决定,你当然要更多比较比较,了解一下你是在怎样的一个世界里,才做决定。

也许你30岁了,没有婚配的对象,不喜欢正在做的工作,但有种种压力期待你"别折腾,安顿下来"。这压力可能来自于一个一直不给个人选择的社会传统,或者来自于一个预期寿命只有30岁的进化压力。但是这一切都变了:

社会已经有越来越多的选择余地,我们也可以预料之中的活到80,90岁。

也许你要认真考虑一下波斯公主的问题:我是否应该继续收集data points?还是已经到了要做终生决定的时候?

回到波斯公主的题目。

波斯公主的题目至少还教了我们另一点,就是哪怕你的方法是最优,你也永远不可能是每次都得到最英俊的驸马。在最优化的选择方法下,公主也只有40%左右的可能性选择到最帅的男人。就是说,如果按照这种方法选择十次,每次这百名男子以随机顺序出现,其中有6次,公主都会选到不是最帅的驸马。

生活就是有风险的,不可测的。这似乎是个打击,但也是一种释怀。尽人事,安天命。如果你按照一个正确的方法去做了,哪怕结果差强人意,这也并不是你的错。

我学会的另一点是,如果我是作为被选的一方(就像那100名男子),timing 是至关重要的。以下是一个简单得多的题目:

如果你是这百名男子中的一名,并且你能够决定自己出场的名次,你会选择在什么时候出场,以最大提高自己被选的概率?

答案是第38名。你不会选择在38名之前,因为你被选的概率是零(假设我们的公主学过高等数学,知道最佳选法)。你也不会选择后于38,因为你前面每多一个人,就意味着多了一分公主选上他的机会(注3)。

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