1654年,費(fèi)馬和帕斯卡在夏季交換的五封信里得出賭博和概率的規(guī)律。
十七世紀(jì)歐洲的貴族盛行賭博之風(fēng),法國(guó)有一位叫德·梅雷的貴族,在擲骰子的游戲之余,也思考一點(diǎn)相關(guān)的數(shù)學(xué)問題,苦思不得其解。1654年,他向帕斯卡請(qǐng)教了一個(gè)親身經(jīng)歷的“分賭注問題”。
德·梅雷對(duì)帕斯卡說:“故事大概如此:梅雷和賭友各自出32枚金幣,共64枚金幣作為賭注,雙方以擲骰子為賭博方式:如果結(jié)果出現(xiàn)“6”,則梅雷贏1分;如果結(jié)果出現(xiàn)“4”,則對(duì)方贏1分。雙方誰(shuí)先得到10分,誰(shuí)就贏得全部賭注。賭博如此進(jìn)行了一段時(shí)間,梅雷已得8分,對(duì)方也得了7分。但這時(shí),梅雷接到緊急命令,要立即陪國(guó)王接見外賓,只好中斷賭博。那么問題就來了:這64枚金幣的賭注應(yīng)該如何分配才合理呢?”
這個(gè)問題實(shí)際上在十五、十六世紀(jì)時(shí)就已經(jīng)被提出,稱之為“點(diǎn)數(shù)分配問題”。意思是說,當(dāng)一場(chǎng)賭博半途中斷的情況下,應(yīng)該如何分配賭注?人們提出各種方案,但未曾得到公認(rèn)的合理答案。
帕斯卡一開始沒注意,只是說:“賭注的問題也找我,將賭注原數(shù)退回不就行了?”
梅雷說:“將賭注原數(shù)退回顯然不合理,沒有考慮賭博中斷時(shí)的輸贏情況,相當(dāng)于白賭了一場(chǎng);將全部賭注歸于當(dāng)時(shí)的贏家也不公平,比如當(dāng)時(shí):梅雷比對(duì)方多得一分,但他還差2分才贏,而對(duì)方差3分,如果繼續(xù)賭下去的話,對(duì)方也有贏的可能性?!?br/>
帕斯卡本人不好賭,對(duì)于賭博人執(zhí)著的要賭后結(jié)果的事情也方案。但是自己卻好奇集中數(shù)學(xué)的東西,如果一切嚴(yán)格按照賭的規(guī)矩,會(huì)是什么結(jié)果。
帕斯卡來了興趣,分析的說:“上述兩種方案顯然都不合理,賭博中斷時(shí)的梅雷應(yīng)該多得一些,但究竟應(yīng)該如何分配呢?”
梅雷說:“有人商量我們兩人比分的比例來計(jì)算:梅雷8分,對(duì)方7分,那么梅雷得全部賭注的8/15,對(duì)方得7/15?!?br/>
帕斯卡說:“這種分法也有問題,比如說,如果甲乙雙方只賭了一局就中斷了,甲贏得1分,乙得0分。按此分法,甲將拿走全部賭注,顯然也是不合理的?!?br/>
雷梅點(diǎn)頭稱是。
帕斯卡直覺地意識(shí)到,中斷賭博時(shí)賭注的分配比例應(yīng)與當(dāng)時(shí)的輸贏狀態(tài)與雙方約定的最終判據(jù)之距離有關(guān)。比如說,梅雷已經(jīng)得了8分,距離10分的判據(jù)差2分,賭友7分,還差3分到10分。因此,帕斯卡認(rèn)為需要研究從中斷賭博那個(gè)“點(diǎn)”開始,如果繼續(xù)賭博的各種可能性。
為了盡快地解決這個(gè)問題,帕斯卡以通信的方式與住在法國(guó)南部的費(fèi)馬討論。
梅雷原來的問題是擲骰子賭“6點(diǎn)”或“4點(diǎn)”的問題,但可以簡(jiǎn)化成拋硬幣的問題:甲乙兩人拋硬幣,甲賭“正”,乙賭“反”,贏家得1分,各下賭注10,先到達(dá)10分者獲取所有賭注。如果賭博在“甲8分、乙7分”時(shí)中斷,問應(yīng)該如何分配這20賭注?
費(fèi)馬回信的分析:“從賭博的中斷點(diǎn)出發(fā),還至多需要拋4次硬幣來決定甲乙最后的輸贏?!?br/>
帕斯卡看信:“這4次隨機(jī)拋丟或產(chǎn)生16種等概率的可能結(jié)果,因?yàn)椤凹宗A”需要結(jié)果中出現(xiàn)2次“正”,“乙贏”需要結(jié)果中出現(xiàn)3次“反”,所以,在16種結(jié)果中,有11種是“甲贏”,5種是“乙贏”。換言之,如果賭博沒有中斷,而是從中斷點(diǎn)的狀態(tài)繼續(xù)到底的話,可以如此算出甲贏的概率是11/16,乙贏的概率是5/16。賭博的中斷使得雙方按照這種比例失去了最后贏得全部賭注的機(jī)會(huì),但按此比例來分配賭注應(yīng)該是合理的方法。所以,根據(jù)費(fèi)馬的分析思路,甲方應(yīng)該得20×11/16=13.75,乙方則得剩余的,或20×5/16=6.25?!?br/>
帕斯卡十分贊賞費(fèi)馬思路之清晰,費(fèi)馬所得的結(jié)果也驗(yàn)證了帕斯卡自己得到的結(jié)論,雖然他用的是完全不一樣的方法。
帕斯卡給費(fèi)馬寫信也討論了自己的結(jié)果:“解決這個(gè)問題的過程中提出了離散隨機(jī)變量“期望值”的概念。期望值是用概率加權(quán)后得到的“期望”的平均值。帕斯卡計(jì)算出從甲方的觀點(diǎn),“期望”能得到的賭注分配為13.75,與費(fèi)馬計(jì)算的結(jié)果一致?!?br/>
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