對寶箱計算常見錯誤的進一步解析
之前在計算寶箱抽獎的概率時曾拋出了一個問題:一次實驗發(fā)生概率是p,獨立重復發(fā)生n次至少成功一次的概率是np還是1-(1-p)^n。當時給出了結(jié)論:后者是正確的,但在最近,一個神奇的偶然引起了筆者的注意。 先看此例:冬令營活動中0氪玩家可抽獎12次,這是我們之前得到的結(jié)論,也是符合事實的;單次抽獎的概率是0.06%,來自游戲面板上拓維的描述,且假設(shè)抽獎過程為12次獨立過程(
實際上是不獨立的,因為不可能出現(xiàn)重復抽獎結(jié)果,但抽到金幣和鉆石等都可以等同為沒有進階書,而且進階書的概率極低,所以二元的結(jié)果上看可以認為大多數(shù)情況都是近似獨立的
)就可以得到下面的結(jié)果: np=0.72% 1-(1-p)^n=0.7176%保留兩位以后即0.72% 驚人的事情發(fā)生了,二者竟然得到了一樣的結(jié)果,為探究此類情況出現(xiàn)的原因,本文將從二者展開式的角度探尋等價條件。 待求:np=1-(1-p)^n的成立條件 上式中存在兩個量,次數(shù)n和概率p,二者滿足以下關(guān)系:
n為正整數(shù);p為[0,1]之間的連續(xù)變量。
因此,不能將其視為一個簡單的二元函數(shù)。應在明確各自對整體影響的前提下,綜合分析np值。 1-np=(1-p)^n對于確定的n,當p為變量時 F(p)=(1-p)^n則各階導數(shù)存在,且在p=0處有定義(即麥克勞林展開) 0階導:(1-p)^n 1 1階導:-n(1-p)^(n-1) -n 2階導:n(n-1)(1-p)^(n-2) n(n-1) 3階導:-n(n-1)(n-2)(1-p)^(n-3) -n(n-1 )(n-2) 展開為如下形式:(1-p)^n=1-np+[n(n-1)p^2]/2-[n(n-1)(n-2)p^3]/6+…… 由于概率p小于1,在游戲中的一般概率水平上可認為p^3~0,要使等式成立,即 [n(n-1)p^2]/2(n-2)p,則化簡為下面兩個結(jié)果 p<1/(20000n(n-1))^0.5 p<3/n-2 取最小值為 p<0.01414/(n^2-n)^0.5 對于確定的p,當n為變量時, (1-p)^n為離散的衰減指數(shù)序列 應用二項式定理展開,視為 (1+(-p))^n=sigma [Cnm(-p)^m] m從0-n變化求和,展開前幾項為 (1-p)^n=1-np+[(n^2-n)p^2]/2-…… 此時很驚訝的發(fā)現(xiàn)這個結(jié)論與上面完全相同,其實這是必然的,一個函數(shù)必然能在收斂域內(nèi)展開為唯一的冪級數(shù)。 0.02%/p^2>n(n-1) n^2-n-2(0.01/p)^2<0 △=1+2(0.01/p)^2 n=0時,負,存在一個正根,對稱軸在0.5處 n=0.5+根號下[1+2(0.01/p)^2]/2 為n值上限 上面是n與p分別對整體概率效果的作用,得到了兩種表達形式,現(xiàn)在我們對分析的結(jié)果進行檢驗,在對于確定的n,當p為變量時 p<0.01414/(n^2-n)^0.5 代入n=12,求得臨界概率pt=0.00123,即 0.123%,遠大于0.06%,因此,0.06%的概率是完全符合條件的。 對于確定的p,當n為變量時, n=0.5+根號下[1+2(0.01/p)^2]/2 代入p=0.06%,求得臨界次數(shù)nt=12.29 實際次數(shù)為12,恰好滿足要求。 模型驗證完全成立,總結(jié)如下:
對于能同時滿足以下兩個條件的n和p
p<0.01414/(n^2-n)^0.5
n=0.5+根號下[1+2(0.01/p)^2]/2
存在1-(1-p)^n=np,誤差可忽略
其意義在于: 1,簡化低概率事件概率的計算,將復雜的冪指運算降為普通乘法。 2.滿足上式的事件的均值小于1,即按照平均水平,是不可能抽到進階書的,由此可見拓維在誘惑氪金方面還是有點門道的。 3.以上分析適合任意獨立重復模型,包括各類抽獎,但要注意條件的選取,在不滿足條件的時候,兩個數(shù)值完全是不一樣的,一旦混淆會對計算結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。