数学理智与感性直觉的连接——蒙提霍尔问题

首先请感受下三门问题(蒙提霍尔问题):

假设你参加一个节目,很幸运获得上台抽奖的机会,你会看见a、b、c三扇道具门,其中一扇的后面有一辆汽车,猜中了车就可直接开走。而另两扇门后空无一物。这时,你选定了b,知道门后情形的主持人开启了剩下两扇门中的一扇a,空的。这时,主持人额外送了你一次改变的机会,问你是坚持选b,还是选另一扇门?

你会怎么选择呢?

正确答案:这时你从选B换成选另一扇门,猜中概率会高一倍!

哈哈,为什么呢?这是为什么呢?按常理,车就在剩下两扇里的某一扇,2选1即各50%的概率啊!明明是相同的机会,怎会改一次就能猜更准呢?猜中概率甚至比不改选时,还要高一倍!

下文走势:

一、贝叶斯定理如何计算三门问题

二、数学简便方法计算三门问题

三、直觉是怎样计算三门问题的

四、导致结论不同的关键矛盾点

五、不同的问法带来不同的结论

六、贝叶斯定理如何帮助日常决策

七、请你也应用贝叶斯定理,计算一个日常问题

这个故事原型的首次出现,是在1889年约瑟夫·贝特朗所著的《Calcul des probabilités》一书中,当时该问题被称为“贝特朗箱子悖论”(Bertrand's Box Paradox)。

图源:https://www.thefire.org

历经多个版本的传承,引起举世关注的一次是普罗米修斯社团成员Marilyn vos Savant于1990年发表于《大观杂志》的回答。这位老兄以智商185之高而闻名。该问题从此成为热点。

最牛逼哄哄的一个论证,是用贝叶斯定理来计算概率。

贝叶斯定理公式

贝叶斯定理的公式表示:事件A发生的概率,受事件B的发生情况不同的影响,而有所不一样。

现在你选了b,依上一句来表述:选b门中奖的概率(初始值为1/3),受打开a门情况的不同影响,而有所不一样。

1.假设b门里有汽车,而a和c便都没汽车。这时,主持人可以任意选择打开a或打开c,打开a的概率是0.5

2.假设b门里没有东西,而车一定在a或c中之一。主持人知道门后情形,如果车在c,主持人开a的概率是1

受到打开a门这个新事件的影响,车在b门的概率会得到更新,得到车在b门的最新概率。事情到这您应该能完全接受吧?接下去更容易了。

车在b的最新概率=(车在b的原始概率×车在b时打开a的概率)÷(车在b的原始概率×车在b时打开a的概率+车在b的原始概率×车不在b时打开a的概率)

再放一个图重复一遍:

车在b的最新概率=

打不出分号只能做成图

此时,车不在b的最新概率=(车在b的原始概率×车不在b时打开a的概率)÷(车在b的原始概率×车在b时打开a的概率+车在b的原始概率×车不在b时打开a的概率),即:

车不在b的最新概率=

然后代入数字即可
车在b门的概率
车在c门的概率

果然呐,如果你在台上改了主意,中奖的概率,还真的可以翻一倍哩!

哦?似乎还有小伙伴在云里雾里,没关系~

在此介绍另几种数学简便计算法。

你选了b之后,b门有车的概率就是1/3。将a门和c门打包来看,这两扇门门后有车的概率是2/3。之后排除了a后有车,那么,c门有车的概率仍然还是2/3。b门有车概率还是1/3。

又,不换相当于三选一,换了相当于三选二,三选二里主持人还给你剔除了一个选项,猜中概率能不变高吗?

如果用笨办法,每种情况都列举出来看,也一样是换选择后赢率高一倍。您可以试试~

一开始算出的1/2赢率,又是怎么得到的呢?

一开始三选一,选b是1/3的赢率。选c也是1/3的赢率。后来主持人排除了a之后,选a选c,换不换都一样,概率一样。

又或者这么想,主持人去掉了a之后,车在剩下两扇门之后,究竟在b还是在c,我仍然是不知道,二者有其一,当然二选一概率各1/2。

好像这么看看也对哦。虽然看上去是对的,但是仍然没有避免犯错。

错在哪?

错在忽视了主持人知道答案这一重要因素!我们的直觉没有去好好利用。而恰恰因为主持人知道答案,又因其知道答案而打开没车的a门这一举动,而提供了新的信息,又因着新信息的加入,而导致原有的概率分布格局得以变更。换一句话说,主持人打开空门a这一举动,其实是在给原本只有1/3赢率的c门加成,让c门的赢率上升为2/3。

神秘的大脑 图源于网络

由此可知,之所以会产生数学理性与感性直觉的断裂,就在于做感性直觉判断时,很难把字面以外的作用考虑在内。如。题目中主持人选择的a门,其实并不是主持人随机选择的,而是主持人在考量了门后答案的情况,又结合嘉宾的具体选择而产生。且,a门被排除,这一事件其实与c门后面有没有车这一情况,密切相关!这里的主持人,其实永远都会打开一扇空无一物的门。

用感性直觉得出换不换都是1/2赢率,换不换中奖概率都一样的,所犯之错误一言以蔽之:审题不清。

反过来,如果要让嘉宾最后不论换还是不换,赢率机会都是相等的1/2,即满足感性直觉者的答案,那么,

题目要该如何描述呢?

假设你参加一个节目,很幸运获得上台抽奖的机会,你会看见a、b、c三扇道具门,其中一扇的后面有一辆汽车,猜中了车就可直接开走。而另两扇门后空无一物。这时,你选定了b,知道门后情形的主持人开启了剩下两扇门中的一扇a,空的。这时,后台悄悄地再次随机摆放了两扇门后的车车。接着,主持人额外送了你一次改变的机会,问你是坚持选b,还是选另一扇门?

这道题的答案才是,换不换概率都一样,各1/2。就好比做三选一的选择题,去除一个错误选项和随机去除一个选项,其对正确答案被选出的概率影响是不同的。

其实,我们看贝叶斯定律的应用案例,仍然会发现自己边存在很多被偏见的概率。

大学化工学院师生吸毒案:

一日,警方接到某大学化工学院院长——张院长的报警。张院长称,由于管理不善,实验室里能用于偷制毒品的好几种原料被盗。警方遂带来了检测结果敏感度与可靠度均为99%的验毒仪器,吸毒者每次检测呈阳性(+)的概率为99%。而不吸毒者每次检测呈阴性(-)的概率为99%。似乎检测结果相当可靠?后来警方集结了该学院的所有师生一一进行检测,同一时间,刑警小马哥根据张院提供的被盗原料重量,推算出了能够制成冰毒的份数,够该院0.5%的人吸食。现在假设该院吸毒人数占该院总人数的0.5%。请问每位检测结果是阳性的学生或教师,其吸毒的概率有多高?

被测出阳性的人,他真正是吸毒者的概率,大约只有33%!警察叔叔,很容易错抓好人的好吗。呵呵,看似99%准确的仪器,对结论的判定准确率竟然只有33%,假阳性率这么高,也是醉了,够颠覆。

怎么算的呢?

吸毒者被检测出阳性的概率为99%

吸毒者在学院人数占比为0.5%

不吸毒者被检测出阳性的概率为1%

不吸毒者在学院人数占比为99.5%

找到吸毒者的准确率=

吸毒者准确率

意味着——假阳性率为66.78%

再练习一个吧~

一台针式发票打印机,其在良好状态下,根据以往的统计,打印出清晰发票的概率是90%。在打印机已经有零件脱落、轨道变形、针头磨损等等,濒临报废状态下时,其打印出清晰发票的几率是30%。又根据工作经验,整个工作室的打印机,五台里面总有一台是坏的(哭晕在厕所),濒临报废。所以,很多老职工开工前,都会下意识地试打印一张空号发票。请问,如果开工前,试打印的第一张发票是清晰的,那么,该打印机处于良好状态的概率是多少?

答案是92.3%~

啊,在开工前试打印一张发票,是多么重要的一件事啊!可以非常有效而准确地鉴定打印机的好坏,难怪老职工们都会这么做呢~

怎么算的?

良好状态下,打出清晰发票的概率为90%

遇到良好状态机器的概率为:80%

濒临报废状态下,打印出清晰发票的概率为30%

遇到濒临报废状态机器的概率为:20%

机器处于良好状态的真实概率=

可以放心开工的概率

真的是不过瘾啊,好想把各种问题都算一算~

最后,留给你一道思考题吧:

某大型医院开设了辅助生殖科,求诊患者络绎不绝。医院规定,挂辅助生殖科号的患者,若在当天早上9点前达到1000人,则该科的全部医务人员,中午能得到医院奖励的补贴——食堂大锅菜一份~据信息科领导敏大人公布的统计数据,早上9点前挂号数达到1000的天数出现几率为65%。敏大人又说,在早上9点前达到1000号的所有日期里,有75%的比例,挂号人数在早6点时就已超过200人。信息科王老师又说。每日9点前没到1000人的日子里,仍有18%的概率,在6点就满200人。

敏大人问你:若某天6:00am时,辅助生殖科已挂超过200人,则该日医务人员得到大锅菜奖励的几率有多少?

欢迎留言,告诉我你的答案!

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