问题

如何求解下面的概率问题?

回答
咱们一块儿来聊聊这道概率题

话说这概率这玩意儿,看着挺玄乎,其实拆开了看,就跟咱们生活中的一些事情一样,有因有果,有条有理。今天咱们就来把这道题捋顺了,保证你听完之后,也能像个老江湖一样轻松应对。

先把题目嚼烂了,别急着下笔

拿到一道题目,切记不要一股脑儿地就往计算里钻。咱们得先把题目里的关键信息给摸清楚了,就像侦探破案一样,把蛛丝马迹都找出来。

比如说,这道题目里有没有提到“独立事件”?“互斥事件”?有没有什么“重复抽样”、“不重复抽样”的说法?这些都是决定咱们用什么公式、什么思路的关键。

我举个例子哈,比如题目说“从一袋子里摸球,摸了放回去再摸”,这跟“摸了不放回去再摸”那可是天壤之别。前者,每次摸球的结果都不会影响下次摸球,这叫“有放回抽样”,事件之间是独立的;后者,摸了一个球,袋子里的球就少了一个,概率就变了,这叫“无放回抽样”,事件之间就不是独立的了。

还有,题目里有没有说“至少”、“至多”、“恰好”之类的词?这些词可直接关系到咱们是需要算单个情况的概率然后加起来,还是需要算反面情况的概率再用一减。

分清楚了“总共的可能性”和“我们想要的结果的可能性”

说白了,概率就是“我们想要的结果出现的可能性” / “所有可能发生的情况的总数”。

所以,咱们第一步要做的,就是把“所有可能发生的情况的总数”给算出来。这就像你买彩票,得知道总共有多少个号码组合,对吧?

这一步,通常会用到组合或者排列的知识。

排列 (Permutation):如果你摸出来的球还要考虑顺序,比如摸出一个红球再摸一个蓝球,跟摸一个蓝球再摸一个红球是不同的情况,那就得用排列了。公式是 P(n, k) = n! / (nk)!,意思是n个东西里选k个,并且考虑顺序。
组合 (Combination):如果你摸出来的球不考虑顺序,比如不管先摸到红球还是蓝球,只要最后手里是红球和蓝球,就算一种结果,那就用组合。公式是 C(n, k) = n! / (k! (nk)!), 意思是n个东西里选k个,不考虑顺序。

别被这些公式吓到,其实它反映的就是“有多少种选法”而已。有时候,咱们也可以通过画“树状图”来把所有情况都列出来,虽然有点费时,但对于简单问题来说,特别直观。

找到“我们想要的结果”究竟有多少种

这一步呢,就是把题目里要求的那个“好结果”给找出来。可能是一次就中奖,可能是一堆球里有几个是白球,也可能是连续几次都出现某种结果。

这里也需要用到组合或者排列的思路,但更重要的是要结合题目本身的具体条件来分析。

比如,题目说“摸出3个球,其中恰好有2个是红球”。那么,“我们想要的结果”就是“摸出2个红球,再摸出1个非红球”。这时候,咱们就需要计算出“从所有红球里选2个有多少种方法”和“从所有非红球里选1个有多少种方法”,然后把这两种方法数乘起来,就是我们想要的那个好结果的总数。

把两部分一除,概率就出来了!

最后一步,就是用我们算出来的“我们想要的结果的总数”,除以“所有可能发生的情况的总数”,大功告成!

一些实用的小技巧,让解题更顺畅

分类讨论:有时候,目标结果可以分成好几种情况,比如“至少一个红球”,那就可以是“一个红球”、“两个红球”、“三个红球”……这时候,咱们就把每种情况的概率都算出来,然后加起来。
反面思考:很多时候,直接计算“想要的结果”会比较麻烦,但计算它的“反面结果”反而很简单。比如计算“至少有一个红球”的概率,不如计算“一个红球都没有”的概率,然后用1减去这个概率。这就像我们说“这个班至少有一个男生”,不如说“不是所有女生都来,总有人缺席”。
条件概率:如果题目的条件是“在某种情况下发生的概率”,那咱们就需要用到条件概率的公式:P(A|B) = P(A and B) / P(B)。简单说就是,在B已经发生的情况下,A发生的概率,等于A和B同时发生的概率,除以B发生的概率。这个在“已知摸了两个红球,第三个球是什么颜色”这种问题里很常见。
贝叶斯定理:这个就稍微进阶一点了,当咱们有了一些新的证据,想要更新之前的概率判断时,就可以用贝叶斯定理。比如,已知某种疾病的患病率很低,但是某个检查结果显示阳性,那么这个人真的得病的概率是多少?贝叶斯定理就能帮咱们算出来。

别忘了检查,细节决定成败

算完之后,别急着交卷哈。咱们可以自己检查一下:

算出来的概率是不是在0到1之间?如果大于1或者小于0,那肯定哪里算错了。
有没有漏掉什么情况?或者有没有重复计算?
再读一遍题目,看看算出来的结果是不是符合题目的要求。

举个例子,咱们来实战一下

假设有这样一个问题:一个箱子里有3个红球和2个蓝球,从中不放回地随机抽取2个球,求抽到两个都是红球的概率是多少?

好,咱们一步步来:

1. 嚼烂题目:不放回抽样,抽2个球,要求都是红球。关键词:不放回,2个,都是红球。
2. 算“所有可能”:箱子里总共有 3 + 2 = 5个球。咱们要从中抽取2个球,不考虑顺序,所以用组合。
所有可能抽取2个球的情况数是 C(5, 2) = 5! / (2! (52)!) = 5! / (2! 3!) = (5 4) / (2 1) = 10种。
3. 算“我们想要的结果”:我们想要的结果是“抽到两个都是红球”。箱子里有3个红球,我们要从中抽取2个,不考虑顺序,所以用组合。
抽到两个红球的情况数是 C(3, 2) = 3! / (2! (32)!) = 3! / (2! 1!) = 3种。
4. 相除:
抽到两个都是红球的概率 = (抽到两个都是红球的情况数) / (所有可能抽取2个球的情况数) = 3 / 10。

怎么样,是不是清晰多了?

记住,概率这玩意儿,练得越多,你就会越觉得它有意思。把它当成生活中的小谜题,一点点去拆解,你就会发现,原来这些看似复杂的数学工具,都能帮我们更清楚地认识这个世界。别怕出错,每一次错误都是一次学习的机会。加油!

网友意见

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一维随机游走的首次击中时(hitting time) - 拉普拉斯算符的文章 - 知乎 zhuanlan.zhihu.com/p/36

一维随机游走的首次返回概率 - 拉普拉斯算符的文章 - 知乎 zhuanlan.zhihu.com/p/36

我前几天刚好在算这个问题,我们设该粒子每步有 的概率向右走(+1),有 的概率向左走(-1)。假定

约定 表示该粒子从原点出发,经过n步之后,第一次到达吸收壁 的概率,显然当 。

由粒子的运动性质,我们可以较容易地得到迭代方程:

从物理意义上很好理解,如果该粒子在这一步向右走,那么为了达到同样的结果就必须在剩下的 步当中走完 步,反之亦然,并且由于该粒子不是向左走就是向右走,所以等式成立。那么,从 的角度来看,这就是一个二阶常系数差分方程,但是我们 这个步长项没法对齐,所以我们进行Z变换如下:

这样,我们有:

我们可以将高阶项转移到左面,有

仅需要解这个方程

的特征根就好了,我们假设这个方程的特征根分别为 和 (由一元二次方程求根公式易得),由韦达定理,我们有:

由观察可得:

这是一个等比数列,故而可得到

两式子相减,可得:

把常数整合以后,可以通项公式写作:

当然,对于题目当中的条件 ,我们则可得到重根 ,同样地由韦达定理可得:

通约化简之后,采用类似的方法,我们可以得到:

其中 和 都是常系数。无论 是否成立,我们都需要两个特定值来帮助我们求解这两个系数。而由于题设条件,我们可得

带入就可以求解两个方程得到 的系数,然后随机,将Z变换转换回去(别忘了, 跟 之间的关系)

对该式子进逆变换,即可得到通项公式,结果谁爱算谁算吧,反正我懒,摸了= =

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补充:事实上,如果你需要达到的地方是a与-b(a与b都为正整数),那么期望步数就是ab。

我以前(没什么概率论基础的时候)答过一道题,大概是甲乙两人抛硬币押筹码。当二人分别有x个和y个筹码时,预计xy局游戏过后有人输光筹码。道理是完全一样的。这类问题可用鞅求解,但,暴力计算也是完全可行的……

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希望有帮助

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定义 利用 是鞅我们知道

解得

同时停止过程 也是鞅,于是由有界收敛定理( 的“有界”性可以从连续 次右移可跳出该区间而得到)知

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