神奇!想不到概率論竟然是從賭博問題中起源和發展的

2021-01-09 網易

  

  三四百年前在歐洲許多國家,貴族之間盛行賭博之風。擲骰子是他們常用的一種賭博方式。

  >>>>

  因骰子的形狀為小正方體,當它被擲到桌面上時,每個面向上的可能性是相等的,即出現1點至6點中任何一個點數的可能性是相等的。有的參賭者就想:如果同時擲兩顆骰子,則點數之和為9與點數之和為10,哪種情況出現的可能性較大?

  17世紀中葉,法國有一位熱衷於擲骰子遊戲的貴族德·梅耳,發現了這樣的事實:將一枚骰子連擲四次至少出現一個六點的機會比較多,而同時將兩枚骰子擲24次,至少出現一次雙六的機會卻很少。

  這是什麼原因呢?後人稱此為著名的德·梅耳問題。又有人提出了「分賭注問題」: 兩個人決定賭若干局,事先約定誰先贏得6局便算贏家。如果在一個人贏3局,另一人贏4局時因故終止賭博,應如何分賭本?

  諸如此類的需要計算可能性大小的賭博問題提出了不少,但他們自己無法給出答案。

  數學家們「參與」賭博

  參賭者將他們遇到的上述問題請教當時法國數學家帕斯卡(Pascal),帕斯卡接受了這些問題,他沒有立即回答,而把它交給另一位法國數學家費爾馬(Fermat)。他們頻頻通信,互相交流,圍繞著賭博中的數學問題開始了深入細緻的研究。這些問題後來被來到巴黎的荷蘭科學家惠更斯(Huygens)獲悉,回荷蘭後,他獨立地進行研究。

  
帕斯卡

  帕斯卡和費爾馬一邊親自做賭博實驗,一邊仔細分析計算賭博中出現的各種問題,終於完整地解決了「分賭注問題」,並將此題的解法向更一般的情況推廣,從而建立了概率論的一個基本概念——數學期望,這是描述隨機變量取值的平均水平的一個量。而惠更斯經過多年的潛心研究,解決了擲骰子中的一些數學問題。1657年,他將自己的研究成果寫成了專著《論擲骰子遊戲中的計算》。這本書迄今為止被認為是概率論中最早的論著。因此可以說早期概率論的真正創立者是帕斯卡、費爾馬和惠更斯。這一時期被稱為組合概率時期,計算各種古典概率。

  在他們之後,對概率論這一學科做出貢獻的是瑞士數學家族——貝努利家族的幾位成員。雅可布·貝努利在前人研究的基礎上,繼續分析賭博中的其他問題,給出了「賭徒輸光問題」的詳盡解法,並證明了被稱為「大數定律」的一個定理,這是研究等可能性事件的古典概率論中的極其重要的結果。大數定律證明的發現過程是極其困難的,他做了大量的實驗計算,首先猜想到這一事實,然後為了完善這一猜想的證明,雅可布花了20年的時光。雅可布將他的全部心血傾注到這一數學研究之中,從中他發展了不少新方法,取得了許多新成果,終於將此定理證實。

  1713年,雅可布的著作《猜度術》出版。遺憾的是在他的大作問世之時,雅可布已謝世8年之久。雅可布的侄子尼古拉·貝努利也真正地參與了「賭博」。他提出了著名的「聖彼得堡問題」:甲乙兩人賭博,甲擲一枚硬幣到擲出正面為一局。若甲擲一次出現正面,則乙付給甲1個盧布;若甲第一次擲得反面,第二次擲得正面,乙付給甲2個盧布;若甲前兩次擲得反面,第三次得到正面,乙付給甲4個盧布。一般地,若甲前n-1次擲得反面,第n次擲得正面,則乙需付給甲2^(n-1)個盧布。問在賭博開始前甲應付給乙多少盧布才有權參加賭博而不致虧損乙方?

  尼古拉同時代的許多數學家研究了這個問題,並給出了一些不同的解法。但其結果是很奇特的,所付的款數竟為無限大。即不管甲事先拿出多少錢給乙,只要賭博不斷地進行,乙肯定是要賠錢的。

  走出賭博

  隨著18、19世紀科學的發展,人們注意到某些生物、物理和社會現象與機會遊戲相似,從而由機會遊戲起源的概率論被應用到這些領域中,同時也大大推動了概率論本身的發展。

  法國數學家拉普拉斯將古典概率論向近代概率論進行推進,他首先明確給出了概率的古典定義,並在概率論中引入了更有力的數學分析工具,將概率論推向一個新的發展階段。他還證明了「棣莫弗——拉普拉斯定理」,把棣莫弗的結論推廣到一般場合,還建立了觀測誤差理論和最小二乘法。拉普拉斯於1812年出版了他的著作《分析的概率理論》,這是一部繼往開來的作品。這時候人們最想知道的就是概率論是否會有更大的應用價值?是否能有更大的發展成為嚴謹的學科。

  
拉普拉斯

  概率論在20世紀再度迅速地發展起來,則是由於科學技術發展的迫切需要而產生的。1906年,俄國數學家馬爾科夫提出了所謂「馬爾科夫鏈」的數學模型。1934年,前蘇聯數學家辛欽又提出一種在時間中均勻進行著的平穩過程理論。

  如何把概率論建立在嚴格的邏輯基礎上,這是從概率誕生時起人們就關注的問題,這些年來,好多數學家進行過嘗試,終因條件不成熟,一直拖了三百年才得以解決。

  20世紀初完成的勒貝格測度與積分理論及隨後發展的抽象測度和積分理論,為概率公理體系的建立 奠定了基礎。在這種背景下柯爾莫哥洛夫1933年在他的《概率論基礎》一書中首次給出了概率的測度論式定義和一套嚴密的公理體系。他的公理化方法成為現代概率論的基礎,使概率論成為嚴謹的數學分支。

  現在,概率論與以它作為基礎的數理統計學科一起,在自然科學,社會科學,工程技術,軍事科學及工農業生產等諸多領域中都起著不可或缺的作用。

  直觀地說,衛星上天,飛彈巡航,飛機製造,宇宙飛船遨遊太空等都有概率論的一份功勞;及時準確的天氣預報,海洋探險,考古研究等更離不開概率論與數理統計;電子技術發展,影視文化的進步,人口普查及教育等同概率論與數理統計也是密不可分的。

  

  根據概率論中用投針試驗估計π值的思想產生的蒙特卡羅方法,是一種建立在概率論與數理統計基礎上的計算方法。藉助於電子計算機這一工具,使這種方法在核物理、表面物理、電子學、生物學、高分子化學等學科的研究中起著重要的作用。

  概率論作為理論嚴謹,應用廣泛的數學分支正日益受到人們的重視,並將隨著科學技術的發展而得到發展。

  文章來源:公眾號「數學之美」

特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布,本平臺僅提供信息存儲服務。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相關焦點

  • 概率論的起源與發展
    這些問題後來被來到巴黎的荷蘭科學家惠更斯(Huygens)獲悉,回荷蘭後,他獨立地進行研究。 帕斯卡和費爾馬一邊親自做賭博實驗,一邊仔細分析計算賭博中出現的各種問題,終於完整地解決了「分賭注問題」,並將此題的解法向更一般的情況推廣,從而建立了概率論的一個基本概念——數學期望,這是描述隨機變量取值的平均水平的一個量。
  • 費馬的副業:說說賭博和概率論
    被譽為「業餘數學家之王」的費馬(Feimat,1601-1665)是法國的律師兼議會議員,直到他近30歲時才開始業餘研究數學,卻成為17世紀最傑出的數學家之一.他的成就主要是對解析幾何、微積分、數論和概率論等方面的傑出貢獻.他在概率論方面的成就還歸功於賭博問題呢。
  • 沒想到賭博、擲骰子產生了概率論!
    下面是概率論的起源,一起感受下!  三四百年前在歐洲許多國家,貴族之間盛行賭博之風。擲骰子是他們常用的一種賭博方式。因骰子的形狀為小正方體,當它被擲到桌面上時,每個面向上的可能性是相等的,即出現1點至6點中任何一個點數的可能性是相等的。有的參賭者就想:如果同時擲兩顆骰子,則點數之和為9與點數之和為10,哪種情況出現的可能性較大?
  • 概率論在彩票中的應用
    因此,參與彩票遊戲,掌握一定的概率論知識,還是十分有必要的。概率論是數學的一個分支,是研究隨機現象的數量規律的學問。說得通俗點,它就是研究可能性與機會性大小多少的科學。說來湊巧的是,概率論從它的誕生之日起就與機會性遊戲結下了不解之緣,人們最初恰恰是從研究擲段子等賭博中的問題開始研究這門學問的,也就是說,概率論的起源與賭博有關。
  • 帕斯卡與概率論起源
    帕斯卡貢獻1、1639年,他發表了一篇出色的數學論文《論圓錐曲線》7、發現帕斯卡定律(流體(氣體或液體)力學中,指封閉容器中的靜止流體的某一部分發生的壓強變化,將毫無損失地傳遞至流體的各個部分和容器壁壓強等於作用力除以作用面積。
  • 概率論大師
    泊松的科學生涯開始於研究微分方程及其在擺的運動和聲學理論中的應用。他工作的特色是應用數學方法研究各類物理問題,並由此得到數學上的發現。他對積分理論、行星運動理論、熱物理、彈性理論、電磁理論、位勢理論和概率論都有重要貢獻。泊松也是19世紀概率統計領域裡的卓越人物。他改進了概率論的運用方法,特別是用於統計方面的方法,建立了描述隨機現象的一種概率分布──泊松分布。
  • 「神童」帕斯卡與概率論
    為了儘快地解決這個問題,帕斯卡以通信的方式與住在法國南部的費馬(Pierre de Fermat)討論【6】。費馬不愧是研究純數學的數論專家,很快列出了「梅雷問題」中賭博繼續下去的各種結果。因為「甲贏」需要結果中出現2次「正」,「乙贏」需要結果中出現3次「反」,所以,在16種結果中,有11種是「甲贏」,5種是「乙贏」。換言之,如果賭博沒有中斷,而是從中斷點的狀態繼續到底的話,可以如此算出甲贏的概率是11/16,乙贏的概率是5/16。賭博的中斷使得雙方按照這種比例失去了最後贏得全部賭注的機會,但按此比例來分配賭注應該是合理的方法。
  • 概率論入門:從古典到現代
    發展簡史概率論有悠久的歷史,它的起源與博弈問題有關。16世紀,義大利的一些學者開始研究擲骰子等賭博中的一些簡單問題,例如比較擲兩個骰子出現總點數為9或10的可能性大小。17世紀中葉,法國數學家B.帕斯卡、P.de費馬及荷蘭數學家C.惠更斯基於排列組合的方法研究了一些較複雜的賭博問題,他們解決了「合理分配賭注問題」(即「得分問題」)、「輸光問題」等等。
  • 「概率論」告訴你,任何一個賭徒的結局都是傾家蕩產
    事實上,在數學發展已經較為成熟的今天,以「數學定律」作為賭場背後規則的各種賭博遊戲,賭徒所輸的概率是「十賭十輸」。賭的輸的不是所謂的「運氣」,而是隱藏在賭場規則後面大量的數學公式與定理。其中最為著名的就是「大數定律」。那麼,什麼是「大數定律」呢?它又是如何一步一步地引誘賭徒走向傾家蕩產之路的呢?還得從「概率論」說起。
  • 概率論在日常生活中的應用
    概率論在日常生活中的應用概率論是一門與現實生活緊密相連的學科,不過大多數人對這門學科的理解還是很平凡的:投一枚硬幣,0.5的概率正面朝上,0.5的概率反面朝上,這就是概率論嘛。學過概率論的人多以為這門課較為理論化,特別是像大數定律,極限定理等內容與現實脫節很大,專業性很強。
  • 一個概率交易者的「萬言自白」:交易就是賭博,甚至還不如賭博!
    下面,我將就交易的實質,為什麼需要採用一種交易系統,為什麼應該止損,如何止損,交易系統的選擇,交易心理等問題說說自己的看法。交易是什麼?我個人覺得交易就是賭博,從某種意義上來說,甚至還不如賭博(因為賭博贏錢的概率可能比交易成功的概率還要大)。賭博本身並沒有什麼錯,同樣,交易本身也沒有什麼對錯之分,那些因為賭博或交易傾家當產的人,要怪只能怪他們自己。為什麼?
  • 大數定律和凱利公式同屬於概率論,他們都被應用於賭場,用好不敗
    雅各布.伯努利在1713年提出了數學史上的具名的《伯努利大數定律》,也叫「極限定理」,他將這個大數定律和其它研究成果一併寫入了他的學術巨著《猜度術》。該書總結了前人在「概率論」和「組合論」上的優秀成果,用「完全歸納法」證明了「n為正整數」時的「二項式定理」。將「概率論」的發展推向了一個嶄新的高度!
  • 張輝:人生概率論
    人生概率論by 張輝 |  輝哥奇譚我今天給大家講一下「人生概率論 - 如何運用概率思想做人生的重大決策?」。還是以why,what和how的結構來講。第一段叫概率的初印象,第二段叫人生幾件大事和概率,第三叫如何應用概率?
  • 從「概率論」到「量子力學」,嬌豔的數學之花在物理的土壤上怒放
    在人類文明的進程中,數學和物理的關係十分特殊,二者有時走得很近,有時又分離得很遠。然而回顧人類歷史,數學和物理從來就沒有真正地分開過,二者總是交相輝映和相互印證。特別是數學中的「概率論」和物理中的「量子力學」剛剛提出來之後,都不受人們的歡迎。但是一旦「概率論」和「量子力學」結合在一起的時候,人類的「近代文明」馬上迎來了新的春天。這到底是怎麼回事呢?
  • 為什麼賭博最後只會輸,因為你永遠無法戰勝「大數定律」?
    1713年,雅各布.伯努利於提出了數學史上的第一個「極限定理」,這個極限定理就是「伯努利大數定律」,他將這個偉大的定律和其它研究成果寫入他的學術巨著《猜度術》。《猜度術》的誕生,將「概率論」的發展推向了一個嶄新的高度,該書總結了前人在「概率論」和「組合論」上的優秀成果,用「完全歸納法」證明了「n為正整數」時的「二項式定理」。
  • 論概率論和金融學的結合
    論文關鍵詞:金融數學;概率論;鞅理論;最優停時理論   一、引言   現代金融理論伴隨著金融市場的發展大量應用概率統計,這是經濟數學化的最大成就,從而出現了一個全新的學科—-金融數學。金融數學是以概率統計和泛函分析為基礎,以隨機分析和鞅理論為核心,主要研究風險資產(包括衍生金融產品和金融工具)的定價、避險和最優投資消費策略的選擇。近二十幾年來,金融數學不僅對金融工具的創新和對金融市場的有效運作產生直接的影響,而且對公司的投資決策和對研究開發項目的評估(如實物期權)以及在金融機構的風險管理中得到廣泛應用。現在對它的研究方興未艾,21世紀肯定是它進一步蓬勃發展的時代。
  • 「久賭必輸」背後的規律,是概率論中的「大數定律」所決定的
    人類賭博的歷史估計和文明的歷史差不多一樣長,但是在概率學創建之前,我們並不了解賭博背後的秘密。人們只是通過經驗認識到,雖然人們偶爾會贏,但是長期來看,總是賭場是贏家。你大概從未聽說過一家因為客人太多而虧本倒閉的賭場吧。
  • 概率論 漫談
    概率論要解決的問題概率論是很古老的數學分支了——探討的是不確定的問題,就是說,一件事情可能發生,也可能不發生。然後,我們要預計一下,它有多大機會會發生,這是概率論要解決的問題。這裡面要特別強調概率和統計的區別,事實上這個區別在很多文章裡面被混淆了。
  • 早在363年前,律師費馬就已經告訴了你,賭徒破產是大概率事件!
    #賭博#賭徒破產問題是概率論的經典問題之一,又稱賭徒持續時間問題,這個問題是1657年法國律師、業餘數學家費馬向荷蘭數學家克裡斯第安·惠更斯提出的,後來惠更斯及數學家詹姆斯·伯努利解決了這一問題。筆者參考美國南加州大學教授謝爾頓·M·羅斯《概率論基礎教程》一書簡單的講解一下「你為什麼總是輸」的問題。1、每一局,賭場贏的概率都比賭徒高。比如,同時拋三枚骰子,若總點數為14,判定賭徒獲勝;若總點數為11,判定賭場獲勝。
  • 連續虧損後賺錢概率變大?5個最簡單概率論,顛覆你所想
    繁蕪的世界有大量不確定性,是否理解概率,不僅決定一個人的開化程度,也關係著對投資的理解。小通找到了一篇文章,將概率論中最簡單的5個結論,通過舉例講得非常清楚。以下是正文:01 隨機概率論最基礎的思想——有些事情會無緣無故地發生。