问题

如果炸弹每秒钟爆炸概率提高一点,从数学期望上来看最有可能在哪一秒爆炸?

回答
这是一个很有意思的问题,它触及了概率和期望值的核心。我们不妨一步一步来拆解它,看看这位“定时炸弹”究竟会在哪个时间节点上更“活跃”。

假设炸弹在任何给定的一秒内爆炸的概率是 $p$,而我们说“每秒钟爆炸概率提高一点”,这意思是我们不能简单地假设每秒的爆炸概率都是恒定的。更确切地说,我们应该引入一个随时间变化的概率函数。

理解“概率提高一点”

“提高一点”这个说法比较模糊,但我们可以用一个数学模型来表示它。一种比较直观的理解是,爆炸的概率是随着时间的推移而递增的。例如,我们可以设炸弹在第 $k$ 秒爆炸的概率与之前某个时间点(比如第 $k1$ 秒)相比,有一定的增加。

为了简化模型,我们不妨考虑一个最基本的递增方式:设在第 $k$ 秒爆炸的概率,是相对于它在第 $k1$ 秒“存活”(即之前没有爆炸)的条件下,增加了一个固定的量 $Delta p$。

建立数学模型

我们来构建一个数学模型。设:

$P(k)$ 是炸弹在第 $k$ 秒爆炸的概率(在第 $k$ 秒爆炸,并且之前所有时刻都没有爆炸)。
$p_0$ 是炸弹在第一秒就爆炸的初始概率。
$Delta p$ 是每过一秒,发生爆炸的可能性增加的“一点”。

这里有一个关键点需要明确:当我说“炸弹在第 $k$ 秒爆炸的概率”时,这实际上是指“炸弹在第 $k$ 秒发生爆炸的概率,前提是它在之前的所有时刻都没有爆炸”。

我们定义:

$q_k$ 为炸弹在第 $k$ 秒没有爆炸的概率。
$r_k$ 为炸弹在第 $k$ 秒恰好爆炸的概率(在第 $k$ 秒爆炸,且之前没有爆炸)。

那么,炸弹在第 $k$ 秒爆炸的概率,我们可以理解为:
$P( ext{炸弹在第 } k ext{ 秒爆炸}) = P( ext{在第 } k ext{ 秒爆炸} | ext{在 } 1, 2, dots, k1 ext{ 秒均未爆炸}) imes P( ext{在 } 1, 2, dots, k1 ext{ 秒均未爆炸})$

更直接地,我们考虑在第 $k$ 秒爆炸的“风险”或“命中率”。如果我们假设“每秒钟爆炸概率提高一点”意味着,在之前所有秒数都没有爆炸的条件下,第 $k$ 秒的爆炸概率比第 $k1$ 秒增加了 $Delta p$。

模型一:概率递增(假设)

假设在第 $k$ 秒爆炸的“即时风险率”是 $p_k$,并且这个风险率是随着 $k$ 线性增长的:
$p_k = p_1 + (k1)Delta p$

这里,$p_1$ 是第一秒的爆炸概率(即在第 1 秒爆炸的概率)。
那么,炸弹在第 $k$ 秒恰好爆炸的概率(即在 $1, dots, k1$ 秒都没爆炸,而在第 $k$ 秒爆炸)可以这样计算:

1. 在第 1 秒未爆炸的概率是 $(1 p_1)$。
2. 在第 2 秒未爆炸的概率是 $(1 p_2)$。
3. ...
4. 在第 $k1$ 秒未爆炸的概率是 $(1 p_{k1})$。

所以,炸弹在第 $k$ 秒恰好爆炸的概率,记为 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$,是:
$P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒}) = (1p_1)(1p_2)dots(1p_{k1}) imes p_k$

其中 $p_k = p_1 + (k1)Delta p$。

计算期望

数学期望(Expected Value, E)是衡量一个随机变量平均值的方式。对于离散变量(比如炸弹爆炸的秒数),期望值的计算公式是:
$E[ ext{爆炸秒数}] = sum_{k=1}^{infty} k imes P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$

我们要找的,就是哪个 $k$ 对应的 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 最大。而不是期望值本身(期望值是所有可能情况加权平均的结果,不一定是概率最大的那个)。

寻找概率峰值

我们关注的是 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒}) = (prod_{i=1}^{k1} (1 p_i)) imes p_k$ 这个函数。
我们想找到哪个 $k$ 使得这个值最大。

为了更直观地理解,我们来看一下这个概率的变化趋势:

前期 (小 $k$): $p_k$ 相对较小,但 $(1p_i)$ 的乘积在前面很大部分是接近 1 的。随着 $k$ 增大,乘积项 $(1p_1)(1p_2)dots(1p_{k1})$ 开始变小,但 $p_k$ 在增大。
中期 (某个 $k$ 附近): $(1p_1)dots(1p_{k1})$ 还没有变得太小,而 $p_k$ 已经显著增大了。这个乘积项可能达到一个峰值。
后期 (大 $k$): $p_k$ 虽然在增大,但 $(1p_1)dots(1p_{k1})$ 这一项由于连续的乘积,会变得非常小,迅速逼近于零。即使 $p_k$ 再怎么增加,整个乘积也会越来越小。

这就意味着,这个概率函数 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 应该会先上升,然后在某个点达到一个峰值,然后迅速下降。我们要找的,就是这个峰值所在的 $k$。

如何“最有可能”?

“最有可能”就意味着我们要找到使 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 最大的那个 $k$。
我们来考虑相邻两项的比例:
$frac{P( ext{爆炸于第 } k+1 ext{ 秒})}{P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})} = frac{(prod_{i=1}^{k} (1 p_i)) imes p_{k+1}}{(prod_{i=1}^{k1} (1 p_i)) imes p_k} = (1p_k) imes frac{p_{k+1}}{p_k}$

当这个比例大于 1 时,概率在增加;当小于 1 时,概率在减少;当等于 1 时,可能达到一个平台或者峰值。

所以,我们寻找的 $k$ 满足:
$frac{P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})}{P( ext{爆炸于第 } k1 ext{ 秒})} geq 1$ 且 $frac{P( ext{爆炸于第 } k+1 ext{ 秒})}{P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})} leq 1$

根据上面的比例公式:
$(1p_{k1}) frac{p_k}{p_{k1}} geq 1$ (使得 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒}) geq P( ext{爆炸于第 } k1 ext{ 秒})$)
$(1p_k) frac{p_{k+1}}{p_k} leq 1$ (使得 $P( ext{爆炸于第 } k+1 ext{ 秒}) leq P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$)

代入模型一的 $p_k = p_1 + (k1)Delta p$

我们来看第二个条件:
$(1 (p_1 + (k1)Delta p)) imes frac{p_1 + kDelta p}{p_1 + (k1)Delta p} leq 1$

这是一个关于 $k$ 的不等式。如果 $Delta p$ 是一个非常小的正数,我们可以尝试用微积分的思路来近似。

一个更简化的视角:考虑“存活”概率

有时候,我们也可以从“存活”到下一秒的概率来理解。
设 $S_k$ 为在第 $k$ 秒前(即到第 $k1$ 秒末)都未爆炸的概率。
$S_1 = 1$ (在第 0 秒结束时,炸弹肯定没爆炸)
$S_2 = 1 p_1$
$S_3 = (1 p_1)(1 p_2)$
$S_k = prod_{i=1}^{k1} (1 p_i)$

那么,在第 $k$ 秒爆炸的概率就是 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒}) = S_k imes p_k$.

我们想最大化 $S_k imes p_k$。

什么时候“最有可能”?

“最有可能”爆炸的时间点,就是指 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 这一项的绝对值最大的那个 $k$。

思考一下,如果我们把“概率提高一点”理解得更直观:
假设每过一秒,炸弹爆炸的可能性会增加。

举个例子:
第 1 秒爆炸概率:1%
第 2 秒爆炸概率(在没炸的前提下):1% + 0.1% = 1.1%
第 3 秒爆炸概率(在没炸的前提下):1.1% + 0.1% = 1.2%
...
第 $k$ 秒爆炸概率(在没炸的前提下):$p_k = 1% + (k1) imes 0.1%$

我们来看这个概率函数的形状。它是一个线性增长的函数。
但是,我们计算的是“在第 $k$ 秒恰好爆炸”的概率,这是由“存活到 $k1$ 秒”的概率和“在第 $k$ 秒爆炸”的概率相乘得到的。

一个直觉的推断

如果爆炸概率是线性增加的,那么:
在早期,虽然每秒概率增加,但整体概率(累积到当前秒爆炸的概率)是很小的。
随着时间推移,每秒的爆炸概率在增加,这就相当于“风险”在累积。
但同时,“存活到当前秒”的概率在指数级地下降(因为每秒都乘上一个小于1的数)。

这两股力量(爆炸概率增大 vs 存活概率减小)的拉锯,最终会使得“在第 $k$ 秒恰好爆炸”的概率先升后降。

核心点:概率的“拐点”

最有可能爆炸的时刻,就是“恰好在那一秒爆炸”的概率达到最高点的时候。

如果我们还是用 $p_k = p_1 + (k1)Delta p$ 来表示第 $k$ 秒的瞬时爆炸概率(在之前都未爆炸的条件下)。
那么 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒}) = P( ext{在 } 1..k1 ext{ 秒未爆炸}) imes p_k$.

当 $k$ 增加时,$p_k$ 增加。
但 $P( ext{在 } 1..k1 ext{ 秒未爆炸}) = prod_{i=1}^{k1}(1p_i)$ 是在减少的。

最有可能的爆炸时间点,就是当 $p_k$ 的增长开始被 $(1p_{k1})$ 的减小压制的时候。
换句话说,当 $p_k$ 增长的“吸引力”小于 $1p_{k1}$ 减小的“阻碍力”时。

考虑最简单的“提高一点”:每秒增加一个固定的概率单位

如果我们设 $p_k$ 是在第 $k$ 秒爆炸(且之前未爆炸)的概率,且 $p_k = p_{k1} + delta$ (其中 $delta$ 是一个很小的正数),并且 $p_1$ 是一个很小的正数。
那么 $p_k = p_1 + (k1)delta$.

那么,我们想要最大化 $f(k) = (prod_{i=1}^{k1} (1p_i)) p_k$。
$f(k) = (1p_1)(1p_2)dots(1p_{k1}) p_k$.

什么时候 $p_k$ 能够“抵消”掉 $(1p_{k1})$ 的影响?

我们考虑 $p_k$ 大致与 $1p_{k1}$ 的关系。
如果 $p_k$ 增长得很快,那么 $(1p_{k1})$ 就会迅速变小。
如果 $p_k$ 增长得慢,那么 $(1p_{k1})$ 就会慢慢变小。

一个关键的平衡点

炸弹最有可能爆炸的那个时刻,通常是:
1. 瞬时爆炸概率 $p_k$ 已经增长到一定程度。
2. 但是,炸弹在之前所有时刻都未爆炸的概率,还没有因为连续的“幸存”而变得微乎其微。

如果 $p_k$ 增长得非常非常快,那么可能在很早的时刻(比如第 2 秒、第 3 秒)爆炸的概率就达到峰值,因为“存活”概率很快就因为高 $p_i$ 而大幅下降。
如果 $p_k$ 增长得非常非常慢,那么“存活”概率会持续很久,而 $p_k$ 增长缓慢,那么爆炸概率的峰值可能会推迟。

结论(基于线性增长模型)

在“炸弹每秒钟爆炸概率提高一点”的这个描述下,最能体现“最有可能”爆炸的那个时刻,通常不是在最开始,也不是在炸弹必然爆炸的那个(理论上)终点。而是在一个中间点,这个点是爆炸概率的增长速度与“存活”概率衰减速度达到一个微妙的平衡。

具体来说,如果我们采用 $p_k = p_1 + (k1)Delta p$ 这样的模型,那么最有可能爆炸的时刻(即 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 最大的 $k$)会发生在:

$p_k$ 接近于 $1/k$ 的一个比值。
更精确地,如果 $p_k$ 是一个关于 $k$ 的函数,并且 $p_k$ 增长,而 $prod_{i=1}^{k1}(1p_i)$ 衰减,这个概率函数 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 的峰值,大致出现在 $p_k$ 的值使得 $frac{p_k}{1p_k}$ 增长率与 $frac{1}{prod_{i=1}^{k1}(1p_i)}$ 的衰减率相抵消的某个 $k$ 处。

一个非常简化的比喻:

想象你在投掷一枚硬币,但是你投掷的“正面朝上”的概率每投一次都在增加。
第一次投,正面 10%
第二次投,正面 11%
第三次投,正面 12%
...

你想知道,在第几次投掷时,你刚好投出正面的可能性最大?
(这里,“刚好投出正面”意味着前几次都是反面,最后一次是正面)。

第 1 次正面:10%
第 2 次正面(第一次反面,第二次正面):(110%) 11% = 90% 11% = 9.9%
第 3 次正面(前两次反面,第三次正面):(110%) (111%) 12% = 90% 89% 12% = 80.1% 12% = 9.612%

可以看到,这个概率先上升后下降。在这个例子里,第 1 次的概率最高。

但是,如果增长是:

第一次投,正面 1%
第二次投,正面 2%
第三次投,正面 3%
第四次投,正面 4%
第五次投,正面 5%
...
第十次投,正面 10%

第 1 次正面:1%
第 2 次正面:99% 2% = 1.98%
第 3 次正面:99% 98% 3% = 1.9406%
...
第 10 次正面:(99% 98% ... 91%) 10%

随着 $k$ 增大,$(1p_k)$ 的乘积会变得非常小。
比如,如果 $p_k = k imes 0.5%$.
那么 $1p_k$ 就会从 99.5% 慢慢减小。

关键在于 $p_k$ 和 $1p_k$ 的相对大小。

最有可能爆炸的时间点,取决于“概率提高一点”的具体增加方式,以及初始概率。

如果“提高一点”意味着 $p_k$ 增长很快,那么峰值会靠前。
如果“提高一点”意味着 $p_k$ 增长很慢,那么峰值会靠后。

总结一下:

炸弹“最有可能”在哪一秒爆炸,并不是一个固定的数值,它取决于你对“每秒钟爆炸概率提高一点”的具体数学建模。

但普遍的规律是,这个“最有可能”的时刻,会出现在爆炸概率 $p_k$ 已经有一定幅度的增长,但炸弹尚未因为“存活”概率的急剧下降而变得“几乎不可能”在那一刻爆炸的那个时间段。它是一个概率曲线的峰值点。

如果我们假设这种“提高”是线性的,即 $p_k = p_1 + (k1)Delta p$,那么最有可能爆炸的时间点,会是 $p_k$ 的值使得 $P( ext{爆炸于第 } k ext{ 秒})$ 达到最大值时的 $k$。这个 $k$ 的具体数值,会受到 $p_1$ 和 $Delta p$ 的共同影响。它将是一个中间值,而不是极早或极晚的时刻。

网友意见

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@小侯飞氘 用物理模型解决这个问题的思路很赞。然而可惜他算的不是题目问的数学期望,另外虽然有些其他回答里用了数值模拟计算了接近的结果,但是数值模拟本身可能也有因为方法导致的误差,并且这个题目凑巧是可以有解析解给出近似结果的。

这里我直接用数学方法,因为针对这类问题已经有专门的数学模型和很多讨论了 -- 见生存分析 | Wikiwand

问题描述

先泛化一下问题。一个对象(炸弹)存在两个状态(为了简单先假设二元),状态A和B,其中A可以转化到B,但是反之不可以。我们经常关心的是由A状态转换到B状态的时间T。同时又可以假设完成观察对象状态一次需要单位时间 , 而由A->B 的转换是一个随机事件,因此T显然是一个随机变量。关于T的一系列问题就是生存分析(survival analysis)要解决的问题。

这类分析既可以针对没生命的系统,比如一台机器发生故障,一台手机死机,也可以用来研究一个自然人的寿命等等。这里为了简便,可以将A状态定义为生存,B状态定义为死亡。

接下来用数学语言描述

定义T的“生存”分布函数 ,表示从0时刻开始对象在 期间保持A状态的概率为 ,类似可以得到对象在 期间保持A状态的概率为 ,由概率定义可知

同样可以定义T的概率密度函数 。

一般来说,我们最关心从A状态转换到B状态的瞬间,假设现在为 ,在这一瞬间,对象切换状态的概率是 , 又因为该事件发生的前提条件是对象“幸存”到了时间x,因此显然该事件发生的概率是条件概率:

当 该概率为:

一般称该函数 为危险函数Hazard function,其意义为对象在“生存”到x时刻后在x+dx时刻突然“死亡”得概率。利用这个函数我们可以得到几个有趣得结论。

T得期望值 利用分部积分,可得

接下来有了理论武器,我们回到这个炸弹问题本身。

问题可以分成两问,既可以算概率密度最大的点,也可以看时间T的数学期望。

如果按照提问的字面意义来理解的话,其实大多数回答计算的概率密度最大点并不是炸弹爆炸时间T的数学期望,所以说很可惜大多数答案都是错误的,但是不妨我们依旧来研究一下概率密度函数

先来看密度函数最大值

按照题目的描述,显然 就是炸弹在x到x+1秒的时间段内爆炸的概率(假设一秒已经足够短),得到 ,根据前述公式,可以得到

同样可以带入公式得到 , 令

解方程得 和其他答主的解一致。

以上解答了炸弹在哪个时刻,爆炸的概率密度最大。但并不是提问者问的爆炸期望时间

现在来看爆炸时间T的数学期望

已知其公式为

带入已经算出的 和问题规定的时间上限100,得到

,显然这是一个超越函数,属于带参数的高斯函数,或者说是误差函数。当上下限为有限实数时这个函数本身没有解析解,但是不妨碍我们得到数值解,一下列出三个解法:

方法一,用数值积分

知乎竟然不支持R语言。。。吐槽一下

       myfn <- function(x, k) exp(-k * x^2) integrate(myfn, lower=0, upper=100,k=1/200) 12.53314 with absolute error < 0.00093      

近似结果为12.533,kid's stuff,不解释

方法二,近似积分

        x <- seq(1,150,0.5)  y <- myfn(x,0.005)  data <- data.frame(x,y)  library(plotly)  p <- plot_ly(data, x = ~x, y = ~y, type = 'scatter', mode = 'lines')  p     

可以看到这个函数衰减很快,在0到100区间内的积分数值上和0至正无穷的差可以忽略不计。因此可以用 代替0到100区间上的积分。而那个积分是有解析解的:

带入 约等于12.533,和上一个方法的结果一致

方法三、用离散期望间接求解

假设函数 内服从均一分布(其实也是题目隐含的假设),可以得到

由定义可知 ,而第二项可以简单求和求解

       sum(myfn(1:100,0.005)) [1] 12.03314     

加上0.5,正好和其他两种方法得到的结果一致,voila!齐活

ps.想不到最后码了那么多字,其实也就是很简单的小题目,如果有哪里不小心用错符号或者打错字了欢迎指正。

ps又ps,有兴趣的同学可以算一下这个 也就是当炸弹在x时刻前都还未爆炸,那它在接下哪个时刻估计会爆炸(数学期望)?

另外大家如果有兴趣,我可以再写一点用这个理论分析人口数据的问题。

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反正正确答案都已经被给出了,我随便凑个热闹说点相关的吧。

先看直观一点的情况。

情况1

如果0s爆炸概率是0,50s爆炸概率是0.5,100s爆炸概率是1。

只在三个时间点观察炸弹有没有爆炸,一共进行1000次实验。

0s时炸弹存活1000次,

50s时炸弹存活500次,

100s时炸弹存活0次。


情况2

如果0s爆炸概率是0,25s爆炸概率0.25,50s爆炸概率是0.5,75s爆炸概率0.75,100s爆炸概率是1。

只在这五个时间点观察炸弹情况:

0s时1000个存活

25s时750个存活

50s时375个存活

75s时93个存活

100s时0个存活


可以看到在第50s时存活的炸弹数两种情况不一致。


若如题设,将100s分割为100份,每过1s,爆炸概率提高1%。

则炸弹在第N-1秒存活而在第N秒之前爆炸的概率为:

如果将100s分割为1000份,每过0.1秒,爆炸概率提高0.1%。

则炸弹在第N-1秒存活而在第N秒之前爆炸的概率为:

其中 表示存活到N-1秒的概率, 表示在第N-1秒到第N秒之间爆炸的概率。

这个概率显然和上者不同。

可以证明,对时间的取样约细,最概然的爆炸时刻越靠前。

对时间的取样数为m份时,炸弹在第N-1秒存活而在第N秒爆炸的概率为:

(好复杂的式子啊,我为什么要把它展开啊。。。好好写连乘不好吗。。。好在这式子好像没有错,真佩服我自己~)

这是一个随m取值变化的函数。

同样的1s,同一时间段,初始条件变化时,爆炸的概率也会随之变化。


为什么会这样呢?

因为假定的独立事件的数量发生了变化,10个发生概率为0.1的事件同时不发生的概率,和100个发生概率为0.01的事件同时不发生的概率是不相同的。

因此如题所述,每秒增加1%概率的情况,和每0.1秒增加0.1%的情况是完全不同的,计算机模拟的结果也显示,两种已知条件其实是完全不同的,不仅仅是已知条件的精确度的问题。

每秒增加1%爆炸概率,最概然点在第10秒处;而每0.1s增加0.1%爆炸概率,则最概然点会提前到第3.2秒;如果将100秒分成m份,则最概然点在 秒的那一秒。

实际操作的时候,大概还是讲分布的时候多一些,因为包含的信息量更大,也更直观;某一状态下发生某一事件的概率其实并不直观,有时候甚至会给人误导,尤其是这种一旦发生就没有然后的事情。

比如与HIV携带者无保护啪啪啪,如果啪100次感染的概率才会积累到100%,那么大多数被感染者真的可能就在前10次就中了,而此时的概率可能仅仅只是10%。

所以啊,要多学数学啊。

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结论是:在第10秒爆炸概率最大,爆炸时间的期望是12.5331秒。

其实可以给出更为普适的答案:假设有很多个互不影响的炸弹,每个未炸炸弹在下一秒被引爆的概率随时间线性增长,m秒时达到1,那么炸弹爆炸概率(密度)最大的时间为 ,爆炸的时间期望是 。


这题在很多物理化学问题中都有实际应用:假设有某个化学反应,其反应速率正比于反应物剩余浓度C(相当于炸弹未爆炸的概率)和温度T(实际上随T指数增长,不过原理差不多)。那么在升温时,随时间的增长,一方面反应速率会先因温度的升高而升高;但另一方面,随着反应的进行,反应物浓度越来越低,逐渐限制反应进行,因此反应速率在某个温度达到峰值后,会开始随时间降低。

在我研究的氢脆/聚变堆材料领域当中,研究人员经常会测量升温时氢的脱附速率,通过确定热脱附谱(Thermal desorption spectroscopy)峰值的温度,来推算出反应的能量学信息。

典型的热脱附结果如下:



先来看离散情形吧,也就是把时间拆成一秒一秒来看。这种情形最简单,高中数学就能解决。

根据题设可知,某个炸弹在1~n-1秒都没爆炸的概率为

令炸弹在第n秒爆炸的概率为P(n),有:

显然

该比值函数在研究范围内是个单调递减函数,所以当 时,P(n)取得最大值。对应的解为 。当m比较大时,可以近似认为 。

简单写了个程序(代码见答案底部),当m=100时,数值解出来的爆炸期望为12.21,概率随时间变化的函数长这样子,是不是和上面的热脱附谱长得很像?


再来看连续情形。假设炸弹在0~t秒内不爆炸的概率为C(t),那么将炸弹在t~t+dt时间内爆炸的概率,记为 ,它等于

其实题中问的是单位时间内的爆炸概率,即概率密度,记为 :

按照题中定义,它正比于时间t,以及未爆炸概率C(t),

将这两个式子结合起来并积分,得到:

;

可以看出C(t)是个正态分布,P(t)是个瑞利分布Rayleigh distribution)。

对P(t)求导,使其等于零,得爆炸概率密度的最大值

解得 ,与m较大时的离散解是一致的。

积分可得爆炸的时间期望:

当m=100时,时间期望E=12.5331,与离散情形稍有出入,应该是离散/连续模型中时间分割细致度不一样导致的。


相关收藏:认真写科普

上面数值计算的MATLAB代码为:

       clear;clc;close all;  days=100; P_explode(1:days)=0; P_explode(1)=1/days;  P_unexplode(1:days)=0; P_unexplode(1)=1-1/days;  E=P_explode(1);  for n=2:1:days;     P_unexplode(n)=P_unexplode(n-1)*(1-n/days);     %第n秒不爆炸的概率     P_explode(n)=P_unexplode(n-1)*(n/days);     %第n秒爆炸的概率     E=E+P_explode(n)*n; end  E=E  set(0,'defaultfigurecolor','w'); figure set(gcf,'Position',[300 300 800 600]); set(gca,'Position',[.10 .10 .85 .85]); plot(1:days,P_explode,'b-','linewidth',1.5); lx=xlabel('Time (s)','FontSize',16); ly=ylabel('Explosion rate','FontSize',16);     

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