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趣味数学(九) 生死决斗

(2013-04-29 08:29:39) 下一个

一 两人对决

在一片荒野之地,甲乙两人相距百步之外,各自持枪怒目而立。他们签下了生死文书,接受了如下挑战:轮流向对方射击,生死由命,存亡在天。经过抽签,甲先行。两人均非百发百中的神枪手:甲乙打中目标的概率分别是a和b,并且都带有用不完的子弹。

请问,甲乙各自存活的概率是多少?

用p和q分别表示甲乙存活的概率。甲如何才能活下来呢?甲要活下来,只有通过以下方式。
1:甲第一枪命中,概率为a;
2:甲第一枪不中,乙第一枪也不中,甲第二枪命中,概率为(1-a)(1-b)a;
3:甲第一枪不中,乙第一枪也不中,甲第二枪不中,乙第二枪也不中,甲第三枪命中,概率为(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)a;
4:。。。
等等,等等,依此类推,。。。,所以

p=a+(1-a)(1-b)a+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)a+...
=a{1+(1-a)(1-b)+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)+...}
=a/{1-(1-a)(1-b)}。

同理可得
q=(1-a)b+(1-a)(1-b)(1-a)b+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)(1-a)b+...
=(1-a)b{1+(1-a)(1-b)+(1-a)(1-b)(1-a)(1-b)+...}
=(1-a)b/{1-(1-a)(1-b)}。

概率p,还可用以下办法通过条件概率算得。

用A表示甲第一枪命中,用B表示甲第一枪不中,乙第一枪命中,用C表示甲第一枪不中,乙第一枪也不中,则:p=P(活|A)P(A) + P(活|B)P(B)+P(活|C)P(C)。
不难算出:P(A)=a,P(B)=(1-a)b,P(C)=(1-a)(1-b),并且P(活|A)=1,P(活|B)=0,P(活|C)=p。为什么P(活|C)=p?因为这时又是甲先行,旧戏重现。所以p=a+p(1-a)(1-b)。从中也可得p=a/{1-(1-a)(1-b)}。

二 乱世英雄

好莱坞有部经典西部影片“The good, the bad and the ugly”。影片的结尾,三个枪手等距离站立在墓地的一块空地上,正进行三人的生死角逐,观众凝神而视:好人,坏人,丑陋之人,谁将赢得最后的胜利?

我们也将看到一场三人的生死角逐:在旷野之地,等距离地站着甲,乙,丙三人,持枪而立。三人的枪法如下:丙是神枪手,百发百中;乙枪法也佳,十有九中;甲差一点,只有五五之数。角逐的规则如下:如轮到某人打,他可决定先打谁,如打中,余下的那人接着打,如未中,则被打之人优先接着打,甲先行。枪击持续到只有最后一人胜出。

平时不努力,临阵徒伤辈,甲该如何办呀?

大家都想活下来,甲应该先打谁呢?

用a,b,c分别表示甲,乙,丙打中的概率。已知:a=0.5,b=0.9,c=1。

策略一:甲先打乙,P(甲活)=P(甲活|甲打中乙)P(甲打中乙)+P(甲活|甲未打中乙)P(甲未打中乙)。

我们已知P(甲打中乙)=a,P(甲未打中乙)=1-a。如甲打中乙,则轮到丙打,甲必死,所以
P(甲活|甲打中乙)=0。如甲未打中乙,则轮到乙打,乙必先打丙;如打中,便回到甲乙对决的局面了。如未中,丙必先打乙,乙死,甲有最后一次机会。所以有:
P(甲活)=P(甲活|甲未打中乙)P(甲未打中乙)
   =(1-a)P(甲活|甲未打中乙)
   =(1-a){bP(甲活|乙打中丙)+(1-b)P(甲活|乙未打中丙)}
   =(1-a){ab/[1-(1-a)(1-b)]+(1-b)a}。

代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.26184。

策略二:甲先打丙,P(甲活)=P(甲活|甲打中丙)P(甲打中丙)+P(甲活|甲未打中丙)P(甲未打中丙)。

我们已知P(甲打中丙)=a,P(甲未打中丙)=1-a。如甲打中丙,则轮到乙打,变成甲乙对决乙先打的局面了。如未中,丙必先打乙,乙死,甲有最后一次机会。
所以有:
P(甲活)=aP(甲活|甲打中丙)+(1-a)P(甲活|甲未打中丙)
   =a(1-b)a/{1-(1-a)(1-b)}+(1-a)a
代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.27631。

两种策略,甲活的机会都不大,凶多吉少。

但是,且慢,为了活命,甲决定耍次赖皮,还有如下两种策略,好死不如赖活嘛。

策略三:甲先打丙,但第一次故意不中,丙必先打乙,甲再全力以赴打丙,甲活的概率是a=0.5。

策略四:甲先打乙,但第一次故意不中,乙必先打丙。如乙未打中丙,丙必先去掉乙,甲还有一次全力拼搏的机会。如乙打中丙,又变回甲乙对决的局面了。所以,

P(甲活)=bP(甲活|乙打中丙)+(1-b)P(甲活|乙未打中丙)
=ba/[1-(1-a)(1-b)]+(1-b)a
代入a=0.5,b=0.9可得P(甲活)=0.52368。

利用策略四,甲存活的概率大大提高,但是有点耍赖,读者朋友评评,做这个赖皮,值还是不值?

这样一来,三流混混甲活下来的概率竟然最大。真是乱世出英雄啊!

更为悲剧的是,神枪手丙能活的概率竟然只有区区的0.05。大家说,哪里评理去?天妒英才啊!

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