问题

三扇门的概率问题,直觉为什么会产生问题?

回答
我们来聊聊那个著名的三扇门问题,也叫蒙提霍尔问题。这玩意儿啊,听起来简单,但一琢磨就容易卡壳,很多人第一反应觉得概率是二分之一,也就是一半一半。但现实并非如此,这中间的门道,说起来还真有点意思。

先简单复述一下问题:

你面前有三扇门,其中一扇门后面有汽车,剩下两扇门后面是山羊。你选了一扇门,但还没打开。这时,主持人(知道哪扇门后面是汽车)会主动打开另一扇你没选的门,而且他会确保打开的门后面是一只山羊。现在,主持人问你:“你要坚持你最初的选择,还是换另一扇还没打开的门?”

为什么直觉会骗人?

大多数人听到这,脑子里会想:“现在只剩下两扇门了,一扇是我选的,另一扇是主持人没开的。主持人开了一扇山羊门,所以汽车要么在我这扇门后面,要么在那扇没开的门后面。概率不就是一比一了吗?”

这就是直觉在捣鬼的地方。我们不自觉地把重点放到了“现在剩下两扇门”这个信息上,觉得之前的选择和情况无关了。

但实际上,主持人“打开一扇山羊门”这个行为,传递了一个非常关键的信息,这个信息是基于他知道汽车在哪里的前提下进行的。他有选择地打开了一扇门,而不是随机打开的。

深入剖析一下,到底是怎么回事:

想象一下你最初选门时的概率。

你选对汽车的概率是 1/3。 这意味着有两扇门后面是山羊,你选到汽车的几率就是三分之一。
你选到山羊的概率是 2/3。 这意味着有两扇门后面是山羊,你选到山羊的几率就是三分之二。

现在,关键来了:

1. 如果你最初选对了汽车 (概率 1/3): 主持人无论打开剩下的哪扇门,后面都一定是山羊。这时,如果你换门,你就会输,换到山羊。
2. 如果你最初选错了,选到了山羊 (概率 2/3): 这里有两种情况。
情况A:你选了第一扇山羊门,另一扇后面是山羊,还有一扇后面是汽车。主持人为了不让你发现汽车,必须打开那扇有山羊的门。这时,剩下的没开的门后面一定是汽车。如果你换门,你就赢了。
情况B:你选了第二扇山羊门,和情况A一样,主持人只能打开那扇有山羊的门。剩下的没开的门后面就是汽车。如果你换门,你就赢了。

看到没?在你最初选对汽车的那三分之一的可能性里,换门你会输。但在你最初选到山羊的三分之二可能性里,换门你都会赢!

这么说是不是有点抽象?我们换个角度:

想象一下有100扇门。你选了一扇。主持人打开了98扇后面都是山羊的门,只留下了你选的那扇和你没选的另一扇。现在,你是不是觉得换门和不换门概率各是二分之一了?绝对不是!

在你最初选那扇门的时候,你选对的概率是1/100。而剩下那99扇门里有汽车的概率是99/100。主持人帮你“排除”掉了98个错误答案,那99/100的概率并没有消失,它们都集中到了那扇你没选的、唯一剩下还没被打开的门上。

所以,在这种100扇门的情况下,换门会让你赢的概率就变成了99/100,而坚持原先的选择赢的概率仍然是1/100。

回到三扇门的问题,主持人打开山羊门这个动作,实际上是将“那两扇你没选的门”里藏有汽车的2/3的概率,全部“转移”到了那扇主持人没开的门上。

直觉为什么会“短路”?

我们的直觉,特别是对于概率问题的直觉,很多时候是基于我们日常生活中遇到的“对称性”和“独立性”的经验。比如,抛硬币,两次结果是独立的,第二次抛硬币出现正面的概率永远是二分之一,跟第一次有没有关系。

但在蒙提霍尔问题里,主持人并不是随机打开一扇门,他知道汽车在哪儿,并且有意地避开了汽车。这种“知情”和“有意”的行为,打破了我们直觉里认为的“独立性”。主持人提供的信息,看似是消除了不确定性,实际上是重新分配了概率。

我们的大脑倾向于将注意力放在当前可见的两个选项上,而忽略了导致当前局面发生的过程中,信息是如何被过滤和传递的。主持人排除一个错误选项的行为,并没有改变你最初选择的那个门后面有汽车的1/3概率,但却显著增加了另一个未被排除的门后面有汽车的概率。

所以,简单来说,坚持原先的选择,你赢得汽车的概率是1/3;而换另一扇门,你赢得汽车的概率是2/3。这个结论虽然违反直觉,但却是统计学上的事实。下次遇到类似的问题,不妨多想想“主持人给了什么额外信息”,以及这个信息是如何影响概率的。

网友意见

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在三门问题中,是否换门,取决于每个门的概率是否发生了相对变化。注意是相对变化。只有均衡的概率被打破,才需要考虑换门。

打破概率均衡,取决于两个条件:

第一,是否有新的信息被引入系统。

如果主持人不知道哪扇门后有奖品,那么就不会有新的信息引入系统。这时,不管主持人干什么,只会同时改变所有门的概率。各个门的概率始终均衡变化,无需换门。

第二,新的信息作用到系统局部,打破了整个系统的概率均衡。

三门问题的原题中,主持人不能打开已经选好的那扇门。这样,主持人的信息不能作用到整个系统,只是提高了系统局部的概率。这就破坏了整个系统的概率均衡,需要换门。

如果变化一下原题,让主持人的开门范围包括那扇已经被选择的门,那么,主持人的信息就作用到了整个系统。这时,概率均衡会继续维持,无需换门。


回答题主的问题——与猜奖着数量无关

在引入三个猜奖者后,题主没有描述主持人的开门范围是什么。我这里假设主持人是在三扇门中随意打开一扇空门。这时,主持人的信息作用范围是整个系统,概率均衡继续维持,无需换门。

问题的引申——错误的信息不改变概率

假如说,这个主持人的信息是错误的,也就是说,他自以为知道某扇门后有奖品而实际奖品在其它门后,那么主持人的行为不会改变中奖概率。

问题再引申——不准确的信息怎样改变概率

在原始三门问题中,假设这个主持人的信息不是完全准确。譬如说,他被告知某扇门后有奖品,但是这个信息只有70%的准确率。只要这个准确率大于自然概率,在三门问题中是33%,那么就应该换门。

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说明你压根儿还是没有理解三门问题。

三门问题的绝大多数的解读都是错的


正确的表述是,有三扇门,其中一扇门后有大奖,你选择了一扇门。这时候根据游戏规则(注意了!这是重点),主持人会在剩下的两扇门中,打开一扇没有奖品的门,这时候你要不要换成主持人没有打开的那扇门?

只有在这种情况下,你换才是2/3的概率。

所以这里有两个关键:

1、主持人必须从剩下的两扇门中打开一扇,不管你选择的是什么。

2、主持人明确的知道奖品在哪扇门,所以一定会打开一扇没有奖品的门。


忽略这两个条件的解读都是哗众取宠的。

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题目又更新了?变成2玩家4门了?

答案是,如果是互换位置,换不换都行,不改变结局。

先用一个简单的解法:

开门前,正确答案在参赛者手上的几率是1/2,两人各1/4; 在另外两门的概率是1/2,两门各1/4

开门后,正确答案在参赛者手上的几率是1/2,两人各1/4;在另外两门的概率是1/2,一门0,一门1/2

互换,无非是把我的1/4换给你,没有任何意义。这个时候换第三门才能提高获胜概率。


如果这个听不明白,我们就用枚举法详细解释一下。

四个门,任意选两个,你选A,你的对手选B。那么实际上第一轮选完之后是三种情况

① A对,B错,另外两个全错 (1/4)

② A错,B对,另外两个全错(1/4)

③ A错,B错,另外两个有一个是真(1/2)

换: 情况①错,情况②对 情况③错 对的概率是1/4

不换:情况①对,情况②错 情况③错 对的概率还是1/4

所以不换,这是答案。但我们应该加问一句,为什么会这样?


为什么会这样?

问这个问题的人没有get到三门问题为什么出现了概率变化。

三门问题要实现改变概率必须同时满足三个条件:

① 主持人必须知道哪个是正确答案

② 参赛者必须在主持人选择之前做选择

③ 主持人不能把参赛者已经选定的选项作为错误答案排除。

只有在三个条件都满足的情况下,主持人才能改变【没被选择的选项】的概率

② 我们就不说了,最主要的是要正确理解①、③

问出这个问题的人,主要是完全没有注意到③,“主持人不能把参赛者已经选定的选项作为错误答案排除”


如果我们假设对门为a,错门为b,且a远远大于b

实际上,三门问题可以写成一个三元一次方程:

X参 + X主 + X未 = a+2b。

X参 是参赛者选择的门,X主 是主持人选择的门,X未 是未选择的门。


选择,实际上是一个对未知数赋值的过程。

因为参赛者不知道哪个门后面是a,所以被参赛者选择的门,会被赋予一个值 ⅓a + ⅔b

被主持人选择的门,也会被赋予一个值:

情况一:当主持人知情的时候,这个值就是b;

情况二:当主持人不知情的时候,这个值就和参赛者一样,是⅓a + ⅔b

对于情况一而言,X未=⅔a +⅓b,这种情况下,a出现的几率才被改变了。

对于情况二而言,X未 =⅓a + ⅔b = X参,所以换与不换没有区别。

因此,主持人知情是一个决定性的条件。

另一个关键点,主持人不能宣布参赛人的答案为错。

如果主持人可以改变参赛人的答案,即他可以指认X1为b,那么,对参赛人来说,又变成了X2+X3=a+b的问题,这种选择是没有区别的。


好,我们回过头来理解四门问题

四门问题实际上就是

C1(参赛者1)+C2(参赛者2)+Z(主持人)+U(未知门)= a+3b

参赛者1、2在选定之后,已经对C1、C2进行了赋值,即C1=C2 = ¼a +¾b

主持人没有资格开参赛者的门,所以只能改变U出现a的概率,不能改变C1、C2。


所以,你无论加多少个参赛者都是一样的,只要是参赛者之间互换,中奖概率就不会改变。

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