盛·趣談 | 有趣的「三門問題」

2021-02-14 長盛基金

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經濟學或數學中存在很多有趣的悖論,人們通過解開這些謎團來得到一些結論,其中不乏一些非常實用的啟示,「貝特朗盒子悖論」就是其中之一,之所以加上引號是因為實際上它並不算是一個真正的悖論,因為在邏輯上它並不矛盾。但它卻是一個與博弈論相關的、非常有趣的數學遊戲。

「三門問題」有好幾個等效版本,最早的一版可追溯到19世紀的貝特朗,該問題在數學本質上也等同於馬丁·加德納(Martin Gardner,1914 - 2010)1959年提出的「三囚犯問題」。不過,這些老版本默默無聞,直到上世紀九十年代,美國著名的電視遊戲節目Let's Make a Deal才讓其火了一把。由此也足可見現代媒體在公眾中普及科學知識的重要性

當年的節目主持人蒙特·霍爾(Monty Hall)善於與參賽者打心理戰,經常突如其來地變換遊戲規則,既使得觀眾們困惑不已,又迫使參賽者「腦筋急轉彎」。三門問題及各種變通版本便是他經常使用的法寶。後來有人便將此遊戲以主持人的名字命名,也稱之為蒙特·霍爾問題

三門問題大致是說在三扇門的後面,分別藏著汽車和兩隻山羊。如果參賽者選中了後面有汽車的那扇門,便能贏得該汽車作為獎品。顯而易見,在這種情況下參賽者贏得汽車的概率是1/3。

 

►三門問題

不過,蒙特·霍爾在一次節目中卻改變了一點規則:當參賽者選擇了一扇門但尚未打開之際,知道門後情形的他說:

「等等,我現在給你第二次機會。首先,我將打開你沒有選擇的兩扇門中有山羊的一扇,你可以看到門內的山羊。然後,你有兩種選擇:改變你原來的選擇(交換),或者保留原來的選擇(不交換)。」

要不要交換?我們不從「碰運氣」而是從「概率」的角度來思考這個問題。如果不交換,保持原狀的話,得汽車的概率是1/3;如果交換的話,是否能增加抽到汽車的概率呢?答案是肯定的:改變選擇(交換)可以將參賽者贏得汽車的概率從1/3增加到2/3。

讓我們來分析一下整個遊戲過程:參賽者指定3道門中的一道,在選擇交換之後可能遇到下圖顯示的三種等概率(1/3)情況

(a)參賽者挑選有汽車的第1道門,主持人挑兩頭羊的任何一頭交換都將失敗。

(b)參賽者挑選有羊的第2道門,主持人打開第3道門,交換將贏得汽車。

(c)參賽者挑選有羊的第3道門,主持人打開第2道門,交換將贏得汽車。

 

►改變選擇使得參賽者獲得汽車的概率變為2/3

我們也可以換一種思維方式來理解這個問題。參賽者最初選到汽車的概率是1/3,選到羊的概率是2/3。如果參賽者先選中汽車,那麼交換之後一定「輸」;如果先選中羊,換後則一定「贏」。因此,選擇「交換」而獲得汽車的概率,就是開始是選到羊的概率,為2/3。

也許三門問題的解釋仍然有些使人困惑之處,但如果將門的數目增加到10道門(主持人開啟8道有「羊」的門,留下1道),參賽者選擇「交換」使概率增加的結論便顯而易見了。

 

►十門問題

三門問題還有很多變形,原理都差不多,不管是生活還是投資都可以靈活運用到。比如在生活選擇中,我們可能會遇到了類似的問題,舉個慄子:開發新產品有3種選擇,我們確信有且只有一種選擇可以獲得成功。但是,我們完全無法判斷哪種更好,於是隨機選擇了一種。還沒等我們開發,另外一家倒黴蛋公司剛好開發了第二種產品,而且惡評如潮。此時我們果斷更換到第三種模式,就會會大大提高我們的成功率。

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