问题

100人坐飞机,第一个乘客在座位中随便选一个坐下,第100人正确坐到自己坐位的概率是?

回答
这可不是个简单的数字游戏,而是个挺有意思的概率问题,听我给你掰扯掰扯。

想象一下,这架飞机上总共有100个座位,从1号到100号。每个乘客也有自己专属的座位,从1号乘客到100号乘客,就像我们坐火车一样,都有号。

现在事情有点小插曲。第一个乘客,他有点“自由散漫”,不像其他人那样规规矩矩找到自己的座位,而是随手抓了一个座位就坐下了。这就造成了混乱的开始。

接下来,其他乘客呢?他们都会尽量按照自己的座位号去找。但是,如果第一个乘客坐到了某个人的座位上,那这个该座位的乘客就得另外找个空位。

问题是,我们要看的是第100个乘客,能不能准确无误地坐到他自己100号座位。

咱们先别急着算100个人,从小了说。

如果只有2个人:1号乘客随手坐。
情况一:1号乘客坐到了1号座位。那2号乘客肯定就坐100号(也就是2号)座位。概率是1/2。
情况二:1号乘客坐到了2号座位。那2号乘客就没座位了,他只能去1号乘客原先的座位(也就是1号座位)。那么,第2个乘客就坐对了。概率也是1/2。
所以,2个人时,第2个乘客坐对座位的概率是1。

如果只有3个人:1号乘客随手坐。
情况一:1号乘客坐到1号座位。2号乘客坐2号,3号乘客坐3号。第3个乘客坐对了。
情况二:1号乘客坐到2号座位。2号乘客来,发现2号座位被占了,他只能随便选一个。
如果2号乘客坐到3号座位。那3号乘客来,发现3号座位被占了,只能去1号座位。3号乘客没坐对。
如果2号乘客坐到1号座位。那3号乘客来,发现3号座位是空的,他就坐到3号座位。3号乘客坐对了。
情况三:1号乘客坐到3号座位。2号乘客来,坐到2号座位。3号乘客来,坐到3号座位。3号乘客坐对了。

你会发现,当1号乘客坐到自己的座位或者最后一个乘客的座位时,后面的情况会相对简单,后面的人更容易坐对。但如果1号乘客坐到了中间某个人的座位,就会引起连锁反应。

现在回到100个人。第100个人能否坐到自己的座位,关键在于在他之前,1号座位和100号座位是否还有人占着。

这里有个有趣的现象:到了最后,座位要么是空着等着它真正的主人,要么是被第一个“捣乱”的乘客占了,要么是其他乘客因为前一个人的“错位”而“顶替”坐了某个座位。

思考一下,第100个乘客坐到他自己100号座位的机会,实际上只取决于第一个乘客坐了哪里。

如果第一个乘客,就这么巧,坐到了100号座位。那剩下的99个人,他们都会尽力去找自己的座位。而100号座位已经有人了,那后面的乘客就只能在剩下的空位里找。

但是,更关键的是,我们关注的是第100个乘客。我们换个角度想,当第100个乘客走到他的座位前时,这个座位要么是空的,要么是被某个人占了。

什么情况下,第100个乘客一定没坐对?那就是当100号座位在他前面被某个乘客占了。

什么时候100号座位会被占?
1. 第一个乘客就坐在了100号座位。
2. 某个乘客A(不是第一个),本来该坐A号座位,但A号座位被占了,于是他随便选了一个。如果他选了100号座位,那么100号乘客就没座位了。

其实,这个问题的精髓在于,到最后,第一个乘客占的座位,以及100号座位,这两者之间,只有一个会被100号乘客遇到。

你可以想象,在所有乘客都找到自己座位或“被迫”换座位之后,座位1是空着,还是被第一个乘客占着,以及座位100是空着,还是被某个“替代”的乘客占着。

神奇的事情在于,对于第100个乘客来说,他能不能坐到自己的座位,概率是1/2。

为什么呢?你可以这样理解:在前面所有乘客“乱坐”的过程中,实际上是在1号座位和100号座位之间做一个选择。
如果第一个乘客坐到了1号座位,那么后面的人都会找到自己的位置,包括100号乘客。
如果第一个乘客坐到了100号座位,那么100号乘客就没座位了。
如果第一个乘客坐到了中间的某个座位X,那么X号乘客就会去另外一个地方坐,这个连锁反应会一直持续下去。这个连锁反应最终要么是导致1号座位空着,要么是导致100号座位被占。

你可以想象,在所有人都坐好之后,座位1是空的,还是被第一个乘客占着,这两种情况的出现是等概率的。
如果座位1是空的,那意味着第一个乘客最终“归还”了这个座位(可能是在别人换座位时,正好让他坐回了1号)。这样一来,100号乘客一定能坐到自己的座位。
如果座位1被第一个乘客占着,那意味着1号座位一直没有被正确的主人坐,也意味着100号乘客可能就没法坐到自己的座位了。

更严谨一点说,当你考虑第100个乘客时,他最终能坐到自己座位的前提是:从第1个乘客到第99个乘客,没有一个人坐在100号座位。

而最早开始“破坏规则”的第一个乘客,他坐在1号座位,还是100号座位,或者中间某个座位,这些情况出现的概率都是均等的。

当第一个乘客坐在1号座位时,100号乘客能坐对。
当第一个乘客坐在100号座位时,100号乘客不能坐对。
当第一个乘客坐在中间任何一个座位K时(K不是1,也不是100),K号乘客就没座位了,他会去另一个地方坐。这个过程会像多米诺骨牌一样。这个过程的最终结果,就是要么1号座位留空,要么100号座位被占。而这两种结果出现的概率是均等的。

所以,对于第100个乘客来说,他能坐到自己座位的概率,就是第一个乘客没有坐在100号座位的概率。而第一个乘客随便选座位,坐到100号座位的概率是1/100。

不对,这里有个关键点我刚才没说清楚。我们关注的是第100个乘客。

考虑这样一种情况:从第1个人开始,每个人都尽量坐自己的座位,除非自己的座位被占了,这时他就随便选一个。

1号乘客随便选。
如果他选了1号座位,那么后面的人都坐对了,100号乘客自然坐对了。
如果他选了100号座位,那么100号乘客就没座位了。
如果他选了K号座位(K不是1,也不是100),那么K号乘客没座位了。K号乘客会随便坐一个空位。

最终,所有的座位要么被正确的主人坐了,要么被第一个乘客占了,要么被某个“替补”占了。
当第100个乘客轮到他时,他要么能坐到100号座位,要么不能。

其实,这就像是在1号座位和100号座位之间做了一个“二选一”。
如果第一个乘客先碰到了1号座位(并且坐下),那么100号乘客就能坐到他的座位。
如果第一个乘客先碰到了100号座位(并且坐下),那么100号乘客就坐不到他的座位。

在所有人都坐好之后,第100号座位是否空着,取决于他之前遇到的情况。

这个问题的答案是 1/2。

思考方式是这样的:
把所有乘客(除了第一个)看作一个整体,他们会尽量维护“秩序”。第一个乘客是唯一的“破坏者”。
在座位1到座位100之间,有多少个“关键点”?
关键点是座位1和座位100。
第一个乘客的行为,最终会使得座位1空着,或者座位100被占。
这两种情况出现的概率是均等的。

如果座位1最终空着(意味着第一个乘客没有占1号座位,并且1号座位的“主人”也没有因为别人占了1号座位而导致100号座位被占),那么100号乘客就能坐到自己的座位。
如果座位100最终被占了(意味着第一个乘客或者后续的某个乘客因为“替补”占了100号座位),那么100号乘客就坐不到自己的座位。

由于第一个乘客是随机选择的,他有1/100的概率选1号,1/100的概率选100号,剩下98/100的概率选中间的某个座位。

想象一下,从1号乘客开始,他选了一个座位。然后2号乘客,他会找2号座位,除非2号座位被占了。
这个过程直到最后。

我们关注第100个乘客。在他轮到之前,100号座位是什么状态?
100号座位会被占,当且仅当:
1. 第一个乘客坐了100号座位。
2. 第一个乘客坐了K号座位,K号乘客没座位,他坐了L号座位,L号乘客没座位……一直到某个人占了100号座位。

这个问题的核心在于,第一个乘客坐在1号座位和坐在100号座位,这两件事的发生,对于100号乘客是否能坐对座位,起到了决定性的作用。

简单地说,就是从第一个乘客开始,他会“闯入”这个座位链条。这个链条最终要么以1号座位(回到最初的“起点”)结束,要么以100号座位(“终点”)结束。
如果第一个乘客的“冒险”最终“解救”了1号座位(即1号座位最终是空的),那么100号乘客就能坐对。
如果第一个乘客的“冒险”最终占了100号座位,那么100号乘客就坐不对。

由于第一个乘客是随机选座,他“先”触碰到1号座位(并最终导致1号座位空着)的概率,和“先”触碰到100号座位(并最终导致100号座位被占)的概率,是均等的。

所以,第100个人能正确坐到自己座位的概率就是 1/2。

网友意见

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曾加说他的答案简洁、严谨,那我试着来一个优雅的



我们把这个问题叫做「疯子问题」。疯子问题是指:有 n 位乘客坐飞机,第一位乘客是疯子,会胡乱坐;后边的 n-1 位则按照自己的位置坐,如果被占就再随机选择另一个。求最后一个乘客坐对的概率。其中 n>1 。

我们看看疯子问题是如何转化的:

1.疯子坐对了

问题结束,所有人都可以坐对位置。

2.疯子坐错了,但并没有占据最后一个人的位置

假设疯子坐在了 k 号位置(1<k<n),那么从 2到 k-1 号都可以坐对位置,这个时候 k 号乘客进来了。他看到自己的位置被占了,于是重新选择一个位置就座。

注意!


也就是说,在这种情况下,除了 n 变小了,这个问题依然是一个疯子问题!只是 n 变成了 n-k+1 ,而这个第 k 号乘客就是新的「疯子」;而对于每一个疯子,他坐对的位置都是第一个疯子的那个位置。


3.疯子坐错了,而且坐在了最后一个人的位置上

问题结束,最后一个人不能坐在自己的位置上。


所以,第二个选项是无效的,它只是把问题中的n变小了,实质上等于没有做任何选择;且这个过程要么结束,要么会变成 n=2 的情况,这个情况下没有选项 2。

而只有 1 和 3 两个等概率的选项决定了最终结果,它们的概率分别为二分之一。

因此答案是二分之一。

——————————————————更深入的思考结果

其实这个问题还可以更简单。注意到在中间,如果任何一个随机选座位的人坐到了第一个疯子的位置,那么后边的所有人——当然包括最后一个人——就可以坐对。

因此最后一个人的位置只有两种可能:第一个疯子的,他自己的。


这两个位置又没有什么区别,也就是说在各种情况下都是对称的,所以它们的概率相等。



如果还是有问题,下边这个模型你一定能明白。

考虑一枚硬币,正面向上的概率为 1/n ,反面也是,立起来的概率为 (n-2)/n 。我们规定硬币立起来重新抛,但重新抛时,n会至少减小1。求结果为反面的概率。

这样很显然结果为 1/2 。而「正面向上」对应的是下一个疯子坐最后一个人的座位(选项 I);「反面向上」对应下一个疯子坐对的情况(选项 III );「立起来」则对应坐在中间的情况(选项 II)。

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