本节我们先继续讨论巴斯卡分布,介绍概率论发展史上著名的分赌注的问题。
巴斯卡分布与著名的分赌注问题有关。这个问题来源甚古,但直到德·梅尔向巴斯卡提出并导致巴斯卡与费马通信,后又引起惠更斯(Huygens)的兴趣,才由他们三人分别给出正确答案。巴斯卡和费马在解题中归结到取胜的概率,而惠更斯则引入数学期望的概念。可以说这宣告了概率论这一学科的诞生。
分赌注问题大意如下:甲、乙两个赌徒按某种方式下注赌博(比如各出元),约定先胜
局者将赢得全部赌注,但进行到甲胜
局,乙胜
局
时,因故不得不中止,试问应如何分配这些赌注才公平合理?
这一问题开始容易想到按已胜局数的比例分配赌注,即按这种直观的分配方法。但这种分配方案存在明显的不合理,例如若
(乙一局部没胜)时,甲在还没有胜
局时,这可赢得全部赌注。合理的分配方案是应按甲,乙最终取胜的概率比来分配。若以
分别记甲,乙为达到最终胜利所须再胜的局部,且甲取胜每局的事件为
,其概率为
,则求甲最终取胜概率问题可归结为:在贝努里试验序列中,求在出现
次
之前出现
次
的概率。
利用巴斯卡分布,甲最终获胜的概率为
(3.2.6)
或等待第次
出现之前至少出现
次
(3.2.7)
另外若再赌局一定可以决出胜负,因此甲取得最终胜利只须且必须在后继的
局中至少胜
局,利用二项分布可以得到。
(3.2.8)
可以证明上述三个答案是一致的,这样知道甲最终获胜的概率,则
为乙最终获胜的概率,因此合理的分配赌注方案应按
的比例分配。
上述问题中,若则为不公平的赌博,当
时为公平的赌博(这在现实中
更常见)。按照 (3.2.8)的答案,甲,乙最终获胜的概率比为
(3.2.9)
这恰好和二项展开式的系数有关。即与杨辉三角形有关。下面我们介绍一个具体的简单情况,读者不难给出一般的情形。
设甲,乙两赌徒进行公平的赌博,先胜四局者即可赢得全部赌注。现已进行到甲胜两局,乙胜一局时赌博因故中止,求甲,乙合理的分配赌注方案,
按(3.2.9),此时
即合理的分配方案应按来分配全部赌注。
考虑如下杨辉三角形。
2-10-1
设想赌局开始时,在顶点处放一枚棋子;第一局若甲胜,将棋子向右下移动一格,若乙胜,将棋子向左下移动一格,以后按此进行。
经过试验后发现,第一局后,不论甲,乙谁胜,棋子都一定移动到第二行,第二局后,棋子一定移动到第三行上,…第四后,棋子一定移动第五行上。如果甲胜3局,乙胜一局,则棋子从顶点开始向右下移动三次,左下移动1次,到达第五行第四个位置的“4”上。这个4刚好就是从顶点到达该位置的路径数(读者自己验证)。而在公平的赌博中,到达同一行位置的每条路径概率相同。
到达第五行的第五个位置表示甲连胜4局,第四个位置表示甲胜3局,第三个位置表示甲胜2局,这些都是甲最终获胜的情况。因此在公平的赌博下,合理的分配方案应按甲,乙最终获胜的路径数之比,即来分配。
2.4 推广的贝努里试验及多项分布
推广的贝努里试验:独立重复进行次试验,每次试验的可能结果为
,而
且
(4.1)
当时,即为贝努里试验。
在这种推广的贝努里试验中,我们关心的是各事件发生次数的概率。设在
重推广的贝努里试验中,
发生
次,
发生
次,…,
发生
次,则
由试验的独立性,对给定的次发生
的概率为
,而所有这种给定形式有
,由互不相容事件和的加法公式,
发生
次的概率为
(4.2)
这里,且
公式(4.2)给出的概率结构称为多项分布,它是展开式的一般项,且
多项分布是二项分布的推广,二项分布中的许多结果都能平行地推广到多项分布的场合。多项分布也具有很广泛的实际背景。若在产品检查中,对产品的质量所用的标准不只是好品与废品,而是分得更细,如一等品,二等品,三等品,等外品四类,则从中有放回抽取件,求一等品
件,二等品
件,三等品
件,等外品
件的概率分布时便得到多项分布。又如射击问题中我们关心的不是是否命中目标,而是命中的环数;学生成绩不是关心是否及格,而是关心其优,良,中,及格,不
及格的等级等,这些都对应多项分布。
例4
人类的血型分为四
种假定,某地区居民中这四种血型的人的百分比分别为0.4,0.3,0.25,0.05,若从此地区居民中随机选出5人,求有两个人为
型,其它三个分别是
型的概率。
解:推广的贝努里试验可以用于这个场合,所求的概率为