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Monty-Hall Problem 三門問題|選擇的順序改變了機率?並非如此!

·1420 字
Popular-Science Mathematics
目錄

三分之一的機率中,可以透過更換選擇提高機率,這是曾經讓許多人摸不著頭緒的 Monty-Hall Problem (三門問題),你能參透其中的答案嗎?


起源
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Monty-Hall Problem 又稱三門問題山羊問題蒙提霍爾問題
起源是一個源自Game Theory (博奕論)的數學遊戲問題,最早推測可能出自 1963 年的一個美國電視遊戲節目 - 「Let's Make a Deal (讓我們一起交易)」,其中該節目的主人名為「Monty Hall」,故稱做「Monty-Hall Problem」。


三門遊戲
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圖源: Wiki 維基百科
圖源: Wiki 維基百科

在節目中,參賽者的面前會有三道關閉的門,其中一道門後有著一輛汽車,其餘兩道門後則是山羊(我也不知道為啥是山羊…),若是參賽者選中門後為汽車的門,那麼即可贏得汽車。

遊戲開始後,主持人會要求參賽者選擇一道門,不論這道門後是汽車或者山羊,主持人都會開啟參賽者所選的門之外,其餘兩道門中含有山羊的那道門 (主持人是知道門後狀況的)。

舉例,三道門分別為 ABC ,參賽者選擇了 C ,若是 BC 門後皆為山羊,那麼主持人則會開啟 B 門;若是 AB 門後為山羊,那麼主持人隨機選擇開啟 AB 門。

到目前為止沒什麼太大問題,這時候我們探討的核心問題是…
「在主持人打開一道背後是山羊的門後,會詢問參賽者是否要更換剛剛所選的門,若是選擇換門,那麼參賽者贏得汽車的的機率是否會增加?」

聽起來很荒謬對吧!換不換門,其實對於結果並不會改變才對。
但若是我告訴你,這的確會使得贏得汽車的機率提高至 1/2 呢?


驗證
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為了方便探討機率,我們實際列舉所有可能性:

先假設 AB 門後是山羊,而 C 門後則是汽車

  • 不換門
    • 參賽者堅持選擇 A 門,獲得山羊
    • 參賽者堅持選擇 B 門,獲得山羊
    • 參賽者堅持選擇 C 門,獲得汽車

由此可知,贏得汽車機率為 1/3

  • 換門
    • 參賽者選擇 A 門,主持人開 B 門,參賽者換 C 門,獲得汽車
    • 參賽者選擇 B 門,主持人開 A 門,參賽者換 C 門,獲得汽車
    • 參賽者選擇 C 門,主持人開 A 門,參賽者換 B 門,獲得山羊
    • 參賽者選擇 C 門,主持人開 B 門,參賽者換 A 門,獲得山羊

欸?贏得汽車的機率變成 1/2 !?

這太不符合常理了,怎麼可能在選擇過後機率發生改變!?
別擔心,帶你繼續看下去。
但在解答之前,喜歡解題的朋友,可以先停在這邊好好思考一下。


解答
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其實,機率是沒有變的,一直都是 1/2
在一開始的選擇當中,三道門選一道的機率確實是 1/3,但在主持人開啟一道門後(後面是山羊的門),這等於刪除了一道門,此刻若是再給參賽者一次選擇,這次的選擇機率將會是 1/2,重點在於,我們必須將前後兩次選擇視為 獨立事件,真正影響參賽者贏得汽車機率的關鍵在於第二次的選擇。

我們再來重新列舉一次可能性:

先假設 AB 門後是山羊,而 C 門後則是汽車
並且 主持人已經開啟一道門 (第一次選擇不重要,此指的選擇是第二次選擇)

  • 不換門
    • 主持人刪除 B 門,參賽者仍選擇 A 門,獲得山羊
    • 主持人刪除 A 門,參賽者仍選擇 B 門,獲得山羊
    • 主持人刪除 A 門,參賽者仍選擇 C 門,獲得汽車
    • 主持人刪除 B 門,參賽者仍選擇 C 門,獲得汽車

機率為 1/2

沒錯,這道陷阱題使人容易忽略了參賽者選擇汽車那道門時,主人持人選擇刪除門的可能性是有兩種的。

圖源:  Wiki 維基百科
圖源: Wiki 維基百科


結論
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這麼一來你知道為什麼了嗎?(如果還是很矇,可以再重頭看一次XD)
有時候看一件事物時, 第一直覺 有可能會是 的,當你深信自己的第一直覺而不求證時,很容易造成如同該題目一般的狀況,一直反覆的問自己為什麼,總是不能理解為什麼機率為 1/2
那是因為題目一開始就告訴你機率是 1/3 ,而我們在看到題目是「三道門選一道」的時候,就對此深信不已。

Alpaca
作者
Alpaca
No one can stop my feet.

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