小科学之蒙蒂*霍尔问题——使用贝叶斯公式的证明
先插一张贝叶斯的图片供大家瞻仰:小科学之蒙蒂*霍尔问题——有关分类完备性的讨论和另几种思路
horf我真是闲到一定程度了……
事情的起因是这样的:我订阅了科幻作者长铗老师的这一篇博客,里面对《科幻世界》上发表的《抽签佯谬》所阐述的问题做了批判性的讨论(原话是非“探讨”的),指出了抽签佯谬并不存在。于是勾起了我对文中提到的车羊问题的兴趣,百度了一下,在豆瓣上看了一个很神奇的帖子(这
个帖子里面对于这个问题的讨论荡气回肠,跌宕起伏,是我看到网络上难得的有知识氛围的地方,强烈建议前去围观),里面在各种精妙的探讨和解答之后有一位仁
兄提出“用贝叶斯公式,完破”,猛然在记忆的旮旯里找到了贝叶斯公式这个东西,于是决定跟着该仁兄指明的方向,用贝叶斯公式尝试一下,几次三番的失败之
后,经过调整思路,终于看起来完成了用贝叶斯公式对该问题的证明。现在写出来,承蒙各位不弃,想搞一搞自己的脑子的话可以一阅。
先来看这个问题:
蒙提霍尔问题(Monty Hall Problem)也称为车羊问题或三门问题,是一个源自博弈论的数学游戏问题,大致出自美国的电视游戏节目“Let’s Make a Deal”。问题的名字来自该节目的主持人蒙提·霍尔(Monty Hall)。
节目的规则是:参赛者会看见三扇关闭了的门,其中一扇的后面有一辆汽车,选中后面有车的那扇门就可以赢得该汽车,而另外两扇门后面则各藏有一只山
羊。当参赛
者选定了一扇门,但未去开启它的时候,节目主持人会开启剩下两扇门的其中一扇,露出其中一只山羊。主持人其后会问参赛者要不要换另一扇仍然关上的门。
明确的限制条件如下:
参赛者在三扇门中挑选一扇。他并不知道内里有什么。主持人知道每扇门后面有什么。主持人必须开启剩下的其中一扇门,并且必须提供换门的机会。主持人永远都会挑一扇有山羊的门。如果参赛者挑了一扇有山羊的门,主持人必须挑另一扇有山羊的门。如果参赛者挑了一扇有汽车的门,主持人随机在另外两扇门中挑一扇有山羊的门。参赛者会被问是否保持他的原来选择,还是转而选择剩下的那一道门。
米国某专栏作者建议参与者改变自己的决定,选择另一个未被开启的门。她认为另一个门有大奖的概率已经升为2/3。因为主持人已经开启了另一个,而参与者原来选择的门有大奖的概率仍然是1/3。所以应该更改选择。
这个结论明显是违不同于直觉的,正常人也许都会想:这不是1/2么?
我的证明如下:
贝叶斯公式是这样的,B1,B2,B3…Bn为一系列互不相容事件(不可能同时发生),且B1,B2,B3…Bn构成全体样本Ω(P(B1)+P(B2)+…+P(Bn)=1),则对任意事件A⊂Ω,有:
P(Bi|A)=P(Bi)P(A|Bi)/[P(A|B1)P(B1)+P(A|B2)P(B2)+...+(P(A|Bn)P(Bn)]
其中P(Bi|A)表示在A发生的条件下Bi发生的概率,以此类推。
具体到这个问题中,就是嘉宾换门(A)这一事件发生的条件下,抽中车(B1)的概率。
由于只需考虑换门和中车这两个事件,故对全体样本Ω作如下设定:
第一次选羊a,换,中第一次选羊b,换,中第一次选羊a,不换,不中第一次选羊b,不换,不中第一次选车,换,不中第一次选车,不换,中
从而按照B1(中),B2(不中)的划分为
B1,中,1/2概率(注意是在已经打开一扇门二选一的前提下)
B2,不中,1/2概率
所要求的概率表达式为
P(B1|A)=P(B1)P(A|B1)/[P(A|B1)P(B1)+P(A|B2)P(B2)]
接下来求P(A|B1)和P(A|B2)。
P(A|B1)即在抽中的情形下之前换门的概率。依照对样本Ω的设定和条件概率公式:
P(A|B1)=P(AB1)/P(B1)=中车且换门的概率/中车的概率=(2/6)/(3/6)=2/3
同理,P(A|B2)=1/3。
代入贝叶斯公式,有:
P(B1|A)=(1/2)(2/3)/[(2/3)(1/2)+(1/3)(1/2)]=(1/3)/(1/2)=2/3
故而所求的嘉宾换门的情形下中车的概率为2/3。
既然用贝叶斯定则证明过了,我想这个问题到此可以CLOSE了。
在豆瓣小组的这个讨论帖子里,还有关于这个问题更多精辟的见解(当然,也有错误的论述,这个帖子的LZ貌似就犯错误了XD),强烈建议各位去围观。
最后关于不完备的一点说明: 有哪位同学告诉我我上述对样本的设计(红色部分)是合理、科学的?我找不到特别好的相关论述来支持自己。
horf我真是闲到一定程度了……
事情的起因是这样的:我订阅了科幻作者长铗老师的这一篇博客,里面对《科幻世界》上发表的《抽签佯谬》所阐述的问题做了批判性的讨论(原话是非“探讨”的),指出了抽签佯谬并不存在。于是勾起了我对文中提到的车羊问题的兴趣,百度了一下,在豆瓣上看了一个很神奇的帖子(这
个帖子里面对于这个问题的讨论荡气回肠,跌宕起伏,是我看到网络上难得的有知识氛围的地方,强烈建议前去围观),里面在各种精妙的探讨和解答之后有一位仁
兄提出“用贝叶斯公式,完破”,猛然在记忆的旮旯里找到了贝叶斯公式这个东西,于是决定跟着该仁兄指明的方向,用贝叶斯公式尝试一下,几次三番的失败之
后,经过调整思路,终于看起来完成了用贝叶斯公式对该问题的证明。现在写出来,承蒙各位不弃,想搞一搞自己的脑子的话可以一阅。
先来看这个问题:
蒙提霍尔问题(Monty Hall Problem)也称为车羊问题或三门问题,是一个源自博弈论的数学游戏问题,大致出自美国的电视游戏节目“Let’s Make a Deal”。问题的名字来自该节目的主持人蒙提·霍尔(Monty Hall)。
节目的规则是:参赛者会看见三扇关闭了的门,其中一扇的后面有一辆汽车,选中后面有车的那扇门就可以赢得该汽车,而另外两扇门后面则各藏有一只山
羊。当参赛
者选定了一扇门,但未去开启它的时候,节目主持人会开启剩下两扇门的其中一扇,露出其中一只山羊。主持人其后会问参赛者要不要换另一扇仍然关上的门。
明确的限制条件如下:
参赛者在三扇门中挑选一扇。他并不知道内里有什么。主持人知道每扇门后面有什么。主持人必须开启剩下的其中一扇门,并且必须提供换门的机会。主持人永远都会挑一扇有山羊的门。如果参赛者挑了一扇有山羊的门,主持人必须挑另一扇有山羊的门。如果参赛者挑了一扇有汽车的门,主持人随机在另外两扇门中挑一扇有山羊的门。参赛者会被问是否保持他的原来选择,还是转而选择剩下的那一道门。
米国某专栏作者建议参与者改变自己的决定,选择另一个未被开启的门。她认为另一个门有大奖的概率已经升为2/3。因为主持人已经开启了另一个,而参与者原来选择的门有大奖的概率仍然是1/3。所以应该更改选择。
这个结论明显是违不同于直觉的,正常人也许都会想:这不是1/2么?
我的证明如下:
贝叶斯公式是这样的,B1,B2,B3…Bn为一系列互不相容事件(不可能同时发生),且B1,B2,B3…Bn构成全体样本Ω(P(B1)+P(B2)+…+P(Bn)=1),则对任意事件A⊂Ω,有:
P(Bi|A)=P(Bi)P(A|Bi)/[P(A|B1)P(B1)+P(A|B2)P(B2)+...+(P(A|Bn)P(Bn)]
其中P(Bi|A)表示在A发生的条件下Bi发生的概率,以此类推。
具体到这个问题中,就是嘉宾换门(A)这一事件发生的条件下,抽中车(B1)的概率。
由于只需考虑换门和中车这两个事件,故对全体样本Ω作如下设定:
第一次选羊a,换,中第一次选羊b,换,中第一次选羊a,不换,不中第一次选羊b,不换,不中第一次选车,换,不中第一次选车,不换,中
从而按照B1(中),B2(不中)的划分为
B1,中,1/2概率(注意是在已经打开一扇门二选一的前提下)
B2,不中,1/2概率
所要求的概率表达式为
P(B1|A)=P(B1)P(A|B1)/[P(A|B1)P(B1)+P(A|B2)P(B2)]
接下来求P(A|B1)和P(A|B2)。
P(A|B1)即在抽中的情形下之前换门的概率。依照对样本Ω的设定和条件概率公式:
P(A|B1)=P(AB1)/P(B1)=中车且换门的概率/中车的概率=(2/6)/(3/6)=2/3
同理,P(A|B2)=1/3。
代入贝叶斯公式,有:
P(B1|A)=(1/2)(2/3)/[(2/3)(1/2)+(1/3)(1/2)]=(1/3)/(1/2)=2/3
故而所求的嘉宾换门的情形下中车的概率为2/3。
既然用贝叶斯定则证明过了,我想这个问题到此可以CLOSE了。
在豆瓣小组的这个讨论帖子里,还有关于这个问题更多精辟的见解(当然,也有错误的论述,这个帖子的LZ貌似就犯错误了XD),强烈建议各位去围观。
最后关于不完备的一点说明: 有哪位同学告诉我我上述对样本的设计(红色部分)是合理、科学的?我找不到特别好的相关论述来支持自己。
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