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「請問瑪麗蓮」專欄的「蒙提霍爾問題」(中):《隨機法則─醉漢走路》(7)卡丹諾的「樣本空間法則」
2013/11/01 16:48:46瀏覽593|回應0|推薦0

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P.61,美國大物理學家費曼有一次告訴我,別以為只看別人做的推導,自己就懂了,要真正了解某個理論,唯一的方法就是自己去推導。〈說不定最後把它推翻了!〉對我們這些不是費曼的人,重新證明別人做出的結果,是拿不到終身教職的,只能淪落到把數學技巧用在大賣場當收銀員。

不過,這個「蒙提霍爾問題」〈以猜獎遊戲的主持人為名〉不需要什麼特別的數學知識就能解決;你並不需要微積分、幾何、代數,甚或安非他命──據傳艾狄胥是愛用者。〈傳言說他在戒掉一個月之後,說道:「以前我看到一張白紙時,許多想法湧上心頭,現在就只看到一張白紙。」

你只需要知道機率及樣本空間是怎麼回事,而這些就是機率分析的架構,在十六世紀時由卡丹諾首次付諸文字。

 

P.62,對卡丹諾而言,賭博是天性,他對賭博的感覺與生俱來、毋庸思考,因此他注定會了解到賭博遊戲中隨機出現的結果之間的數學關係,這份了解甚至超越了他自己對於命運的信念。

卡丹諾的成就也超越了當時仍處於原始狀態的歐洲數學;十六世紀初期,不要說代數,就連算術都還處於石器時代,那時候還沒發明等號呢。……他生於1501年。……接生婆預料他活不過一小時。

P.63,黑死病最初是在1347年從西西里東北部……傳入歐洲的。……1501年這一年,在義大利是很糟糕的瘟疫年,卡丹諾的奶媽和哥哥都死了。這個幸運的小嬰兒卻活了下來,除了在鼻子、前額、面頰及下顎留下了肉瘤,容貌變得難看,他注定還要活將近七十五年,……

 

P.641516年,卡丹諾認定學醫是他最好的機會,……〈父親〉法茲歐希望卡丹諾學法律,因為如此一來,他就有資格拿到100克朗的獎學金。……

……對卡丹諾那個時代的賭客而言,每個城市都是拉斯維加斯,……如果是比賽下西洋棋,卡丹諾得冒著被某個棋王痛宰的風險;但是賭骰子的話,他和其他人的機會一樣好,而在這類遊戲中,他還比其他人要占優勢,因為他已經透徹了解各種狀況下贏錢的機會。……沒多久,卡丹諾存到了1000克朗的教育基金,遠超過他父親的期望金額,足夠他求學十年呢!

 

P.57,卡丹諾對於機率運作方式的洞見,可以歸納到我們稱為「樣本空間法則」的原則之中。樣本空間法則代表了一種新的想法與方法論,構成未來幾個世紀描述不確定性的數學基礎。

這雖是一個簡單的方法論,……但在隨機理論發展的過程中,可能比其他問題考倒了更多人。

P.65,……那時候,等號「=」還不存在……直到1557年,才由來自劍橋的雷科德Robert Recorde發明,他是受到幾何的啟發,認為還有什麼比“平行線與相等”更相似的東西,所以決定以平行線來代表。至於乘號「×」直到十七世紀才由聖公會的一位牧師發明出來。

P.66,樣本空間sample space這個名詞,指的是將隨機過程中所有可能的結果看成空間中的點。簡單的情況下,這個空間中可能只有幾個點;但在複雜的情況中,這個空間就像我們生活的空間那樣是連續不斷的。

不過,卡丹諾並沒有稱呼它為空間──將數的集合看成空間,是一個世紀以後的事,要等到笛卡兒發明了坐標,統合了代數與幾何。

用現代的語言,卡丹諾的法則是這樣說的:

如果一個隨機過程中,所有結果發生的可能都相等,

有些是有利的〈贏的〉,有些是不利的〈輸的〉,那麼,有利的結果發生的機率,就等於有利的結果在所有可能的結果中所占的比例,

所有可能發生的結果,就稱為樣本空間。

 

P.67,卡丹諾法則〈即樣本空間法則〉的威力,有某些微妙之處。

其中一點在於結果outcomes〉這個詞的意義。一直到十八世紀,法國數學家達朗貝爾〈d`Alembert〉在分析擲兩枚銅板的狀況時,還誤用了這個概念,……正面〈譬如可選人頭當作正面〉出現的個數可能是012,因為有三種可能的結果,達朗貝爾推論每一個發生的機率是三分之一。

不過,他可就錯了。

……連續擲兩枚銅板的情形其實相當簡單,卡丹諾的方法很容易適用。

關鍵在於要認知到擲銅板的可能結果,是這兩枚銅板在桌面上顯示的狀況,而不是像達朗貝爾那樣,只計算正面出現的總個數。

P.68,換句話說,我們不應該把012個正面當成可能的結果,而是下面這樣的序列:(正面,正面)(正面,反面)(反面,正面)(反面,反面)。這四種可能的結果構成了樣本空間。……卡丹諾的方法證明達朗貝爾錯了:0個或2個正面的機率分別是25%,但1個正面的機率是50%

所以,要是卡丹諾以一賠二押「一個正面」,他只有一半的機會輸,另一半的機會則可賺到兩倍的賭金,這對十六世紀一個急需大學學費的孩子而言,真是機會大好──今天也還是大好機會,如果有人提供這樣的賠率的話。

 

【三條魚】假定每次預付的賭金是一百元,“一賠二押「一個正面」”的意思是贏的時候可以賺兩百元〈連原本預付的賭金是拿回三百元〉,輸的時候賠掉原本的一百元。

問題是贏和輸的機率同樣都是1/2(1/2×兩百元)(1/2×一百元)等於五十元,所以,平均來說,相當每次可以賺五十元。

至於會有“一賠二押「一個正面」”的賠率,是因為賭局的莊家和達朗貝爾一樣認為「一個正面」機率是1/3

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