撲克牌是日常生活中最常見的娛樂工具。或三五好友聚在一起,聊天打牌,悠閒愜意;或於賭桌上風雲變幻,手起刀落,緊張刺激;或陪伴孩子遊戲互動,妙趣橫生,益智怡情,或翻轉於魔術師手中,來去無蹤,見證奇蹟。撲克牌的玩法眾多,但幾乎每一種玩法都要涉及到一個步驟——洗牌。
一副撲克牌,除去大小王,一共只有52張,所以我們在洗牌的時候,按照我們的直覺,感覺應該會偶爾能洗出相同順序的牌吧?再不濟找100個人來洗一整天的牌,總能洗出兩副順序相同的吧?
然而如果用概率統計的算法來進行分析計算,得出的結果是讓人大跌眼鏡的:自從撲克牌誕生以來,很有可能從未洗出過兩副相同順序的撲克牌!
我們先來看一下一副撲克牌在洗牌時有多少種不同的排列方式。一副撲克牌有52張,所以排列方式的計算方法是:52×51×50×49×…×3×2×1,也就是「52!」(感嘆號「!」是階乘運算,感興趣的小夥伴可以打開計算器,找到階乘運算,來自己計算一下),這個算式的得數是:80658175170943878571660636856403766975289505440883277824000000000000≈8.0658×10^67。
人類的洗牌次數是無法統計的,但我們可以估算一下。現在全球大約有70億人,撲克牌大約存在了700年。假設這70億人全部變身為超級荷官,每秒洗一次牌,並且堅持不懈地洗了700年,那麼洗牌的次數是:70×10^8×700×365×24×3600≈1.546×10^20。當然這只是一個非常不精確的估算,但也是最保守的估算,人類洗牌的次數一定比這個數字小的。
人類洗牌的總次數與一幅撲克牌的排序方式數的比值是:(1.546×10^20)/(8.0658×10^67)≈1.9×10^-48,也就是0.0000000000000000000000000000000000000000000000019,這個數值幾乎就是0。撲克牌排序方式完爆人類洗牌總數,再洗一萬年也趕不上。
按照這樣的概率統計的算法,全人類洗過的撲克牌,出現相同的兩副牌的情況是極小概率,所以可能沒有出現過相同的兩副。當然,這裡所說的洗牌,必須是經過多次混亂排序,使牌充分混合的情況。如果拿兩副剛剛買來的新撲克牌,順序都是相同的,只洗一次的話,那麼洗出相同順序的概率就非常大了。