抛硬币,不限次数,抛到正反面打印怎么设置的次数比正面的次数多5的概率是多少呢?

很多人在遇到无法决断的事情时都会以抛硬币来解决,以为这是最公平的办法,正反面各有50%的机会。但其实由于硬币正面和反面的图案不一样,所以正反面的重量分布并不相同,所以将硬币上抛一千次,字面向上的次数最多只有495次。可见,抛硬币也并非绝对公平。
(当面对两个选择时,抛硬币总能奏效,不是因为它总能给出对的答案,而是在你把它抛在空中的那一秒里,你突然知道你希望它是什么.&&&&&&曾小贤)
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随意抛一枚质地均匀的硬币,连续抛三次,硬币落地正面朝上1次,反面朝上2次,如果他第四次抛硬币,那么硬币正面朝上的概率为多少?小明分析说:因为在抛硬币的游戏中P(正面朝上)=0.5,前3次抛硬币的结果正面朝上1次,反面朝上2次,所以第四次一定是正面朝上,所以第四次抛硬币时P(正面朝上)=1.小明的说法有道理吗?为什么?
主讲:张艳霞
【思路分析】
本题考查了概率的简单计算能力,是一道列举法求概率的问题,属于基础题,可以直接应用求概率的公式.
【解析过程】
没道理,因为一枚质地均匀的硬币只有正反两面,,所以不管抛多少次,硬币正面朝上的概率都是0.5.
没道理,因为一枚质地均匀的硬币只有正反两面,,所以不管抛多少次,硬币正面朝上的概率都是0.5.
明确概率的意义是解答的关键,用到的知识点为:概率=所求情况数与总情况数之比.
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抛硬币100次,出现10次或10次以上连续正面的概率是多少?出现10次连续正面的概率又是多少?10次以上连续正面的概率已经知道,是91/1024.那正好是10次连续正面的概率怎么算.我的思路是10次以上连续正面的概率减11次或11次以上连续正面的概率=91/8=92/2048.
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别渐渐变得赤裸不会被你的思想从什么拉开.翻出响亮的犁沟 因为我的目标是雪,缺乏血液,奄奄一息,从一个房间跑到另一房间,不知首先从哪里向外窥探,他想,奶奶是中天堂享福的吧哈哈
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你的方法是不可行的,因为有11个不代表没有10个的。这个题可以用古典概型,就是所有的排列方法一共有2的100次方种可能,做分母,然后连续10个可能出现的位置一共是90个(1-91打头),但是为确保正好是10个,之前之后必须是反面,其他就随意了。然而1打头和91打头只有一端需要反面,所以可能的情况有88*2^88+2*2^89=23*2^90所以结果就是23*2^90/2^100=23/1...
扫描下载二维码假设有一个硬币,抛出字(背面)和花(正面)的概率都是0.5,而且每次抛硬币与前次结果无关。现在做一个游戏,连续地抛这个硬币,直到连续出现两次字为止,问平均要抛多少次才能结束游戏?注意,一旦连续抛出两个&字&向上游戏就结束了,不用继续抛。 &
上面这个题目我第一次见到是在pongba的TopLanguage的一次上,提出问题的人为Shuo Chen,当时我给出了一个解法,自认为已经相当简单了,先来考虑一下抛硬币的过程:首先先抛一枚硬币,如果是花,那么需要重头开始;如果是字,那么再抛一枚硬币,新抛的这枚如果也是字,则游戏结束,如果是花,那么又需要重头开始。根据这个过程,设抛硬币的期望次数为T,可以得到关系
  T = 1 + 0.5T + 0.5( 1 + 0.5 * 0 + 0.5T)
解方程可得到 T = 6. 由于上面这个方法只能得到期望,而无法得到方差以及具体某个事件的概率,后来我又仔细分析了一下,推出了为(推导的过程暂时略过,后面你会看到一个更一般、更简单的推导)
于是可以算出方差 V = G''(1) + G'(1) - G'(1)^2 = 22。将G(z)根据Rational Expansion Theorem [CMath 7.3]展开,可以得到需要抛n次硬币的概率为
其中Fn是Fibonacci数列的第n项。到这里,我觉得这个问题似乎已经完全解决了,直到昨天看到Matrix67的。在此帖中Matrix67大牛用他那神一般的数学直觉一下将需要连续抛出n个字的一般情形给解决了,而且得出的结果相当简洁:Tn = 2^(n+1) - 2,其中Tn为首次出现连续的n个字的期望投掷数。这也给了我一些启发,我试着将上面的过程进行推广,居然得到一个简单得出人意料的解法(甚至比上面n=2的推导过程还简单)。这个解法的关键在于下面这个递推关系
  Tn = Tn-1 + 1 + 0.5 * Tn
也即是有&Tn = 2 * Tn-1 + 2。由于 T1 = 2,因此可以得到&Tn = 2^(n+1) & 2。上面的递推关系是怎么来的呢,一个直观的理解是这样的:首先先抛掷Tn-1次,得到连续的n-1个字,然后再抛一次,若是字,则游戏结束;否则需要重头开始,也就是说又需要 Tn 次。
期望投掷次数已经得出来了,但是我们还想知道方差、恰好需要投掷 m 次的概率等其它一些更具体的性质。为了方便理解概率的分布情况,我先用程序生成了一个概率表如下所示。在下表中,第n行、第m列的元素为 Pnm,表示首次出现连续n个字的投掷数为m的概率。
仔细观察上表,你发现什么有趣的性质没?如果忽略掉分母的话,那么第n行恰好是一个n阶Fibonacci数列。例如可以考查各行的最后一列,有
第一行:1 = 1
第二行:34 = 21 + 13
第三行:44 = 24 + 13 + 7
第四行:29 = 15 + 8 + 4 + 2
第五行:16 = 8 + 4 + 2 + 1 + 1
怎么解释这个现象呢?我们再来仔细考虑一下掷硬币的过程,为方便在下文中用1表示字,用0表示花,于是我们的目标是要恰好使用m次投掷,得到连续的n个1.
若第一次的结果为 0,那么剩下的任务就是恰好使用m-1次投掷得到到连续的n个1.
若前两次的结果为 10, 那么剩下的任务就是恰好使用m-2次投掷得到到连续的n个1.
若前三次的结果为 110, 那么剩下的任务就是恰好使用m-3次投掷得到到连续的n个1.
若前四次的结果为 1110, 那么剩下的任务就是恰好使用m-4次投掷得到到连续的n个1.
若前n-1次的结果为 1&10(n-2个1), 那么剩下的任务就是恰好使用1次投掷得到到连续的n个1.
你或许已经看出来了,这里实际上是在枚举首次出现0的位置。由于首个0出现在位置i的概率为1/2^i,于是得到Pnm的递推公式
于是根据初始条件:,,我们可以推出所有事件的概率。现在来推一下概率生成函数,设需要得到连续n个1的投掷数的概率生成函数为Gn(z),于是有
根据上面的递推公式和初始条件,可以得到
于是可解得
分别代入 n = 1 和 n = 2 可以得到
以我们前面得到的结果一致,这证明这个概率生成函数的确是正确的。有了生成函数后,我们又多了一种计算期望的方式
而方差也可以非常容易的得到
至此,这个抛硬币的问题终于应该算是被完全解决了,完。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
题目: 一个骰子,6面,1个面是 1, 2个面是2, 3个面是3, 问平均掷多少次能使1、2、3都至少出现一次。
方法: 面对面试概率题几乎屡试不爽的分叉树递归列方程法。
这是一个求数学期望的问题,最终是求1,2,3出现至少一次的最短长度的期望。
这样分叉树的每个节点是一个期望状态,而每个分叉是一次投掷结果。将后续期望出现1、2、3各至少一次的情形记作L123(即题目所求),将后续期望出现1、2各至少一次(3无关)情形记作L12,而1至少一次(2,3无关)情形L1,其余数值符号类推,则树结构如下(列出4级结构已经足够):
第一级(树根)
根据投掷结果,或继续期待L3,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L2,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L3,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L1,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L2,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L1,或已经达到目标
接下来,就是要排出方程,因为一共7个未知数,如果排出7个线性方程就能解决问题。
这方程组里的未知数对应上述的状态,而其数值则是一个对长度(投掷次数)的数学期望。
根据这个树状结构和其中的递归关系,这个方程组就是:
L123&= p1&(L23+ 1) +&p2&(L13+1) + p3&(L12&+ 1) = p1&L23&+p2&L13+&p3&L12&+ 1
(以这个L123为例,解释,投掷1的概率是p1而由此得到的结果是需要期待后续2和3各至少出现一次,于是长度期望是L23+ 1,加1是因为投掷了一次,亦即即增进一级)
L23&=&p1&L23&+p2&L3+&p3&L2&+ 1
L13&=&p1&L3&+p2&L13+&p3&L1&+ 1
L12&=&p1&L2&+p2&L1+&p3&L12&+ 1
L1&=p1&+&p2&L1+&p3&L1&+ 1
(这里实际上是&L1&=p1&&1 + p2&(L1+1) + p3&(L1&+1)&=p2&L1+&p3&L1&+ 1,因为对L1情形,如果投了1就目的达到终止了)
L2&=p2&+&p1&L2&+&&p3&L2&+ 1
L3&=p3&+&p1&L3&+p2&L3+ 1
(以上一开始没注意,多加了悬空的概率项,故计算有误)
其中&p1,p2&和&p3分别是掷出1,2和3的概率,即1/6,1/3,1/2。
于是求解这个方程,得到:
L1&= 6,&L2&= 3,&L3&= 2
L12&= 7,&L13&= 13/2,&L23&= 19/56
L123&=&219/30 = 7.3&259/36 ~= 7.14
故以上如果没有计算错误,该题结果是,平均掷7.3&约7.14次可出现这些面值各至少一次。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
(转自:)
一个骰子,6面,1个面是 1, 2个面是2, 3个面是3, 问平均掷多少次能使1,2,3都至少出现一次?
一共有三种方法可以解此问题:概率公式、分叉树递归列方程法、指示器变量法。
1. 方法一:概率公式
化为概率的表示是:
1发生 的概率是1/6,& 2发生的概率是2/6,& 3发生的概率是3/6,求1,2,3至少出现一次的投掷次数的期望。
第一二次肯定不可能出现这种情况第x(x&&&2)次三个都出现的情况分三种(x&^&y&表示&x&的&y&次方)1:第x次出现&1,那么前面出现的必然是&2&和&3&,且至少出现一次&&&&&&出现1的概率为&1&/&6,前面x-1次不出现1的概率为(1&-&1&/&6)&^&(x&-&1),但是其中包含全是&2&和全是&3&的情况,去掉全&2&的概率&(1&/&2)&^&(x&-&1),全部为3的概率(1&/&3)&^&(x&-&1),那么情况&1&的概率为&((1&-&1&/&6)&^&(x&-&1)&-&(1&/&2)&^&(x&-&1)&-&(1&/&3)&^&(x&-&1))&*&(1&/&6)2:第x次出现2,那么前面出现的必然是&1&和&3&,且至少出现一次&&&同样,概率为&((1&-&1&/&3)&^&(x&-&1)&-&(1&/&2)&^&(x&-&1)&-&(1&/&6)&^&(x&-&1))&*&(1&/&3)3:第x次出现3,那么前面出现的必然是&1&和&2&,且至少出现一次&&&同样,概率为&((1&-&1&/&2)&^&(x&-&1)&-&(1&/&3)&^&(x&-&1)&-&(1&/&6)&^&(x&-&1))&*&(1&/&2)p(x)就为上面三种情况的和那么,根据期望公式,平均值就等于从x&=&3&到&n(无穷)求(x&*&p(x))的和利用错位相减法计算极限值
到此可以算出期望为7.3。
2. 方法二:分叉树递归列方程法
方法: 面对面试概率题几乎屡试不爽的分叉树递归列方程法。
这是一个求数学期望的问题,最终是求1,2,3出现至少一次的最短长度的期望。
这样分叉树的每个节点是一个期望状态,而每个分叉是一次投掷结果。将后续期望出现1、2、3各至少一次的情形记作L123(即题目所求),将后续期望出现1、2各至少一次(3无关)情形记作L12,而1至少一次(2,3无关)情形L1,其余数值符号类推,则树结构如下(列出4级结构已经足够):
第一级(树根)
根据投掷结果,或继续期待L3,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L2,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L3,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L1,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L2,或已经达到目标
根据投掷结果,或继续期待L1,或已经达到目标
接下来,就是要排出方程,因为一共7个未知数,如果排出7个线性方程就能解决问题。
这方程组里的未知数对应上述的状态,而其数值则是一个对长度(投掷次数)的数学期望。
根据这个树状结构和其中的递归关系,这个方程组就是:
L123&= p1&(L23+ 1) +&p2&(L13+1) + p3&(L12&+ 1) = p1&L23&+p2&L13+&p3&L12&+ 1
(以这个L123为例,解释,投掷1的概率是p1而由此得到的结果是需要期待后续2和3各至少出现一次,于是长度期望是L23+ 1,加1是因为投掷了一次,亦即即增进一级)
L23&=&p1&L23&+p2&L3+&p3&L2&+ 1
L13&=&p1&L3&+p2&L13+&p3&L1&+ 1
L12&=&p1&L2&+p2&L1+&p3&L12&+ 1
L1&=p2&L1+&p3&L1&+ 1
(这里实际上是&L1&=p1&&1 + p2&(L1+1) + p3&(L1&+1)&=p2&L1+&p3&L1&+ 1,因为对L1情形,如果投了1就目的达到终止了)
L2&=&p1&L2&+&p3&L2&+ 1
L3&=&p1&L3&+p2&L3+ 1
其中p1,p2和p3分别是掷出1,2和3的概率,即1/6,1/3,1/2。
于是求解这个方程,得到:
L1&= 6,&L2&= 3,&L3&= 2
L12&= 7,&L13&= 13/2,&L23&= 19/5
L123&=&219/30 = 7.3&
平均掷7.3 次可出现这些面值各至少一次。
3. 方法三:指示器变量法
【另一解法】感谢4楼同学提供的答案(指示器变量法),整理如下:
定义随机变量Xn,其可能值为0或1,其值为1表示&前n次掷骰子,1,2,3没能都至少出现一次&的事件,其值为0表示这个事件没有发生,即&前n次掷骰子,1,2,3各至少出现一次&。
令pn为&掷n次骰子,1,2,3没能都至少出现一次&的概率,所以显然pn&= Pr{Xn=1},于是pn&= 1&Pr{Xn=1} + 0&Pr{Xn=1} = E[Xn],即这个随机变量的数学期望。
令随机变量X表示1,2,3刚好全部出现过需要的投掷次数。可见题目要求的就是E[X]。
关键等式:X =&Sigma(n=0 to&I&Xn) (这里Sigma是求和号,求和范围是n从0到无穷大)
说明一下,等式两边都是随机变量,假设对于某个随机实例(例如,这里指一次具体的投掷序列),其对应事件是:&投了K次恰好1,2,3都出现了&,于是等式左边显然等于K;而等式右边,对于n & K,由于这些项的对应定义事件发生了(即1,2,3没能出现),所以他们的实例值是1,而对于n?K,则由于对应定义事件都没发生,实例值为0,可见这个和也是K。故两侧相等。(为了达到这个相等关系,可以看出需要把X0包含在内的必要性)
值得注意的是(但对于解这道题也可以不去注意,但注意一下有利于比较深入地理解),对n & 3,Xn显然恒为1。而对于n?3,这些随机变量不是独立的。他们的相关性是不容易求出的,唯一容易知道的是,当序列中一个项为0时,其后的项均为0。好在对于这题我们不需要担忧这个相关性。
由于数学期望的加性与随机变量的相关性无关(这是数学期望一个很令人高兴的性质),所以即便这样,E[X]也能容易求出:
E[X] =&Sigma(n=0 to I E[Xn]) =&Sigma(n=0 to&I&pn)
pn的比较直观的求法也由同学提供了,即所谓容斥原理。稍微解释一下,由于pn考虑的是n次投掷三者没有全部出现,于是就是其中两者出现或仅一者出现。假设单次投掷1,2和3出现的概率分别为:r1,r2和r3。于是(r1+r2)n表征n次投掷只出现1或2的概率,这其中包括了出现全1和全2的情形,于是求pn可由这样的项求和并剔除重复计算的单面值情形,于是:
pn&= (r1+r2)n+ (r1+r3)n+ (r2+r3)n-r1n-r2n-r3n,当n & 0;&而p0&= 1 (由定义;同时也可以检验看出,这个pn在n为1和2的时候都是1)
于是由等比级数(等比数列求和)公式:
E[X] =&1 + Sigma(n=1 to I (r1+r2)n+ (r1+r3)n+ (r2+r3)n-r1n-r2n-r3n= 1 + (1 -&r3) /&r3&+ (1 -&r2) /&r2&+ (1 -&r1) /&r1-&r1&/ (1 -&r1) -&r2&/ (1 -r2) -r3&/ (1 -&r3) = 7.3
http://blog.csdn.net/quanben/article/details/6918209
假设有一个硬币,抛出字(背面)和花(正面)的概率都是0.5,而且每次抛硬币与前次结果无关。现在做一个游戏,连续地抛这个硬币,直到连续出现两次字为止,问平均要抛多少次才能结束游戏?注意,一旦连续抛出两个&字&向上游戏就结束了,不用继续抛。上面这个题目我第一次见到是在pongba的TopLanguage的一次讨论上,提出问题的人为Shuo Chen,当时我给出了一个解法,自认为已经相当简单了,先来考虑一下抛硬币的过程:首先先抛一枚硬币,如果是花,那么需要重头开始;如果是字,那么再抛一枚硬币,新抛的这枚如果也是字,则游戏结束,如果是花,那么又需要重头开始。根据这个过程,设抛硬币的期望次数为T,可以得到关系:  T = 1 + 0.5T + 0.5( 1 + 0.5 * 0 + 0.5T)&解方程可得到 T = 6。
或者根据公式,需要连续抛出n个字的一般情形,结果相当简洁:Tn = 2^(n+1) - 2,其中Tn为首次出现连续的n个字的期望投掷数。
公式证明如下:
设出现连续k次正面的期望是a[k]则出现连续k+1次正面的期望为a[k+1]在出现连续k次正面后,有下面几种情况:i)下一个是正面,概率1/2,总次数a[k]+1;ii)下一个是反面,概率1/2,则接下来平均仍需a[k+1],总次数a[k]+1+a[k+1]。因此a[k+1]=(a[k]+1)/2+(a[k]+1+a[k+1])/2整理得(a[k+1]+2)/(a[k]+2)=2a[n]=(a[1]+2)*2^(n-1)-2显然a[1]=2;a[n]=2^(n+1)-2
转自matrix67 &/blog/archives/3638
设想有这么一家赌场,赌场里只有一个游戏:猜正反。游戏规则很简单,玩家下注 x 元钱,赌正面或者反面;然后庄家抛出硬币,如果玩家猜错了他就会输掉这 x 元,如果玩家猜对了他将得到 2x 元的回报(也就是净赚 x 元)。让我们假设每一回合开始之前,都会有一个新的玩家加入游戏,与仍然在场的玩家们一同赌博。每个玩家最初都只有 1 元钱,并且他们的策略也都是相同的:每回都把当前身上的所有钱都押在正面上。运气好的话,从加入游戏开始,庄家抛掷出来的硬币一直是正面,这个玩家就会一直赢钱;如果连续 n 次硬币都是正面朝上,他将会赢得 2^n 元钱。这个 2^n 就是赌场老板的心理承受极限&&一旦有人赢到了 2^n 元钱,赌场老板便会下令停止游戏,关闭赌场。让我们来看看,在这场游戏中存在哪些有趣的结论。
首先,连续 n 次正面朝上的概率虽然很小,但确实是有可能发生的,因此总有一个时候赌场将被关闭。赌场关闭之时,唯一赚到钱的人就是赌场关闭前最后进来的那 n 个人。每个人都只花费了 1 元钱,但他们却赢得了不同数量的钱。其中,最后进来的人赢回了 2 元,倒数第二进来的人赢回了 4 元,倒数第 n 进来的人则赢得了 2^n 元(他就是赌场关闭的原因),他们一共赚取了 2 + 4 + 8 + & + 2^n = 2^(n+1) - 2 元。其余所有人初始时的 1 元钱都打了水漂,因为没有人挺过了倒数第 n + 1 轮游戏。另外,由于这个游戏是一个完全公平的游戏,因此赌场的盈亏应该是平衡的。换句话说,有多少钱流出了赌场,就该有多少的钱流进赌场。既然赌场的钱最终被赢走了 2^(n+1) - 2 元,因此赌场的期望收入也就是 2^(n+1) - 2 元。而赌场收入的唯一来源是每人 1 元的初始赌金,这就表明游戏者的期望数量是 2^(n+1) - 2 个。换句话说,游戏平均进行了 2^(n+1) - 2 次。再换句话说,平均抛掷 2^(n+1) - 2 次硬币才会出现 n 连正的情况。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
转自&/aquastone/archive//Prob_CoinContinuousNPositive.html
1. 问题描述
连续抛一枚硬币,连续出现若干次正面即停止,求所抛总次数的期望。
2. 求解期望
记硬币出现正面的概率为p,停止条件中连续出现正面的次数为n,所抛总次数的期望为&n。考虑如下情形:首次出现连续n&1次正面,此时所抛总次数的期望为&n&1。再抛一次,结果有且只有一下两种:
A. 出现正面,则满足停止条件,所抛总次数的期望为&n&1+1
B. 出现反面,则立即回到初始状态,相当于从0开始再抛出n次连续正面,因此总次数的期望为&n&1+1+&n。A、B两种情况的概率分别为p,1&p。因此有
&n=p(&n&1+1)+(1&p)(&n&1+1+&n)(1)
&n=1p(&n&1+1)(2)
展开,得通项公式
&n=s(1&sn)1&s,s=1p(4)
特别的,对于一枚均匀硬币,p=1/2,因此&n=2n+1&2。
3. 概率计算
进一步考虑该问题,尝试求解连续抛出n次正面时,所抛总次数为m的概率P(n,m)。显然,
P(n,m)=0m&nP(0,m)={10m=0m&1
依然考虑第2节中的两种情况。
对于A,在首次连续出现n&1次正面的情况下,再抛一次出现正面,满足停止条件,因此需要前面总共抛了m&1次,这一概率为P(n&1,m&1)。
对于B,设首次连续出现n&1次正面时,已经抛了k次,再抛一次出现反面,立即回到初始状态,因此,要满足总次数为m,需要在后续的步骤里,恰好用m&k&1次抛出n次连续正面。因此B情况下的条件概率为&kP(n&1,k)P(n,m&k&1)。
由全概率公式,得
P(n,m)=pP(n&1,m&1)+(1&p)&kP(n&1,k)P(n,m&k&1)(5)
实际上,可以由P(n,m)的递推式()得出&n的递推式()。依据期望的定义
&n=&mmP(n,m)=p&mmP(n&1,m&1)+(1&p)&m&kmP(n&1,k)P(n,m&k&1)
第一项中的求和式可以写成
&m&1(m&1+1)P(n&1,m&1)=&m&1(m&1)P(n&1,m&1)+&m&1P(n&1,m&1)=&n&1+1
第二项中的求和式可以写成
&m&k(k+1+m&k&1)P(n&1,k)P(n,m&k&1)=&kkP(n&1,k)&mP(n,m&k&1)+&kP(n&1,k)&mP(n,m&k&1)+&k&m(m&k&1)P(n&1,k)P(n,m&k&1)=&n&1+1+&n
4. 数值结果
根据P(n,m)的递推式(),写出对应的Matlab程序如下。
% numbers of continuous positive in stop conditions
M = 3000; % total times when stop condition satisfied
% probability of positive
% Initial Conditions. P is a matrix in size of N+1,M+1 and the element
% with index n+1,m+1 stands for P(n,m) because there are no index 0.
P = zeros(N+1,M+1);
P(1,1) = 1;
% Iteration
for nn = 1:N
for mm = 1:M
for kk = nn-1:mm-nn-1
tmp = tmp + P(nn-1+1,kk+1)*P(nn+1,mm-kk-1+1);
P(nn+1,mm+1) = P(nn-1+1,mm-1+1)*p + tmp*(1-p);
P=P(2:end,2:end)';
% get rid of P(0,m) & P(n,0)
semilogy(P); % no plot of P(0,m)
disp(['Check the sum of probability:']);
disp(sum(P));
disp(['Compute the expectation of total times:']);
disp((1:M)*P);
&为了产生直观的印象,对p=1/2的情况计算前面几项的结果。计算N=3,M=16,作出P(n,m)的半对数图如下。
为了验证&mP(n,m)=1,以及根据此概率求期望&mmP(n,m),将N,M增大至6,5000。程序输出为
Check the sum of probability:
Compute the expectation of total times:
显然,验证了概率之和为1。另外,容易验证所求出的期望与&n的通项公式()给出的结果是一致的。
5. 模拟验证
使用Mote Carlo模拟的方法对这一问题进行仿真,代码如下
len = 2e8;
% length of random numbers
N = (1:6)';
% numbers of continuous positive in stop conditions
for pp = 1:length(N)
res = rand(len,1)&0.5;
% uniform distribution, &0.5 stands for positive
currTotalTime = 0; % total times when stop condition satisfied
contPosCntr = 0;
% continuous positive appears
numExper = 0;
totalTimeRcd = nan(len,1);
for ii = 1:len
currTotalTime = currTotalTime+1;
if (res(ii))
contPosCntr = contPosCntr+1;
contPosCntr = 0;
if (contPosCntr&=N(pp))
numExper = numExper+1;
totalTimeRcd(numExper) = currTotalT
contPosCntr = 0;
currTotalTime = 0;
meanT = mean(totalTimeRcd(1:numExper));
结果如下:
N=1: 2.000015
N=2: 6.000249
N=3: 14.001627
N=4: 29.985933
N=5: 62.000438
N=6: 126.052749
与理论结果一致。
该问题还有其他表现形式,如:
有一个通关游戏,设每关所需的时间固定为1,而通关概率为p。如果某关失败,则必须重新从第一关打起。问通关的平均时间。
这类问题本质上是一致的,都可以归结为在一系列连续实验中,首次连续出现n次成功的平均时间。
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