问题

如何通俗易懂地解答双信封悖论?

回答
这问题真是问到点子上了,很多人听到双信封悖论都觉得脑子嗡嗡的,好像怎么算都说不通。其实,它之所以让人抓狂,是因为我们直觉里总觉得“换”,所以“不换”一定没啥道理,但数学算出来又好像“换”了才对。

咱这么想,就好像你面前摆着两个不透明的信封,里面装着钱。你被告知,这两个信封里的钱数,一个是另一个的两倍。也就是说,如果一个信封里有 100 块,那另一个肯定就是 200 块;如果一个信封里有 500 块,那另一个肯定就是 1000 块。但是,你不知道具体是多少,也不知道哪个是多的,哪个是少的。

你现在打开其中一个信封,比如说你打开了,里面有 100 块。

这时候,你的脑袋里会冒出个想法:“哦,原来我手里这个是 100 块。” 那么,另外一个信封里的钱,要么就是 50 块(如果我手里这个是多的),要么就是 200 块(如果我手里这个是少的)。

然后,你开始琢磨了:“我手里是 100 块,那另一个信封里的钱,有可能是 50 块,也有可能是 200 块。”

关键就在这里了!我们怎么知道另一个信封里是 50 还是 200 的可能性有多大呢?公平起见,在这之前,你拿到手里的信封里的钱数,是 100 块,还是 200 块,或者 500 块、1000 块,可能性应该是均等的,对吧?

所以,当我们打开信封看到 100 块时,你可能会想:“嗯,我手里这个 100 块,可能是两个数里较小的那个,也可能是较大的那个。”

如果我手里这个 100 块是那个较小的数,那另一个信封里就是 200 块。
如果我手里这个 100 块是那个较大的数,那另一个信封里就是 50 块。

从概率上来说,这两种情况发生的可能性应该是各占一半。

那么,我们就可以算一下“换”或者“不换”的期望值(也就是平均收益)。

不换:我手里就拿 100 块。
换:
有 50% 的机会,另一个信封是 200 块,我换过去就赚了 100 块(200 100)。
有 50% 的机会,另一个信封是 50 块,我换过去就亏了 50 块(50 100)。

所以,如果我们“换”,我的平均收益就是:(50% 200 块) + (50% 50 块) = 100 块 + 25 块 = 125 块。

你看,这么一算,换了以后我的平均收益竟然比不换的 100 块要高!所以,按这个逻辑,我应该换。

但是!

这问题就出在这里了。如果我打开信封,看到的是 200 块呢?

按同样的逻辑,我手里是 200 块。另一个信封里的钱,要么是 100 块(如果我手里是多的),要么是 400 块(如果我手里是少的)。

不换:我手里就拿 200 块。
换:
有 50% 的机会,另一个信封是 400 块,我换过去就赚了 200 块(400 200)。
有 50% 的机会,另一个信封是 100 块,我换过去就亏了 100 块(100 200)。

所以,如果我“换”,我的平均收益就是:(50% 400 块) + (50% 100 块) = 200 块 + 50 块 = 250 块。

这又是比不换的 200 块要高!

这就出现矛盾了!

不管我打开信封看到的是多少钱,用这种“平均收益”的计算方法,都好像“换”是更优的选择。但直觉上,两个信封的钱数关系是固定的,一个高一个低,我随机拿到一个,换不换不应该有区别才对呀,就像你抛硬币,正面朝上,你再抛一次,结果还是随机的,不因为你第一次看到是正面而改变第二次的概率。

悖论的关键在哪里呢?

问题就出在我们对“另一个信封里的钱数”的概率分配上。

我们假设,在打开信封之前,这两个信封里的钱数可能是 {A, 2A}。
我们随机拿到一个信封,里面有 X 块钱。

当我们看到 X 块钱的时候,我们很容易就默认“我手里这个 X,要么就是 A,要么就是 2A”,而且这两种情况各占 50% 的概率。

但是,这个 50% 的前提,其实是不成立的!

为什么呢?因为我们并不知道 A 的具体数值。
举个例子:
假设最初的钱数组合只有两种可能性:
1. 信封1是 100,信封2是 200。
2. 信封1是 500,信封2是 1000。

这两种组合发生的概率,我们认为是各 50%。

现在,你打开了一个信封,里面是 100 块。
这时,你会怎么想?
“哦,我打开的这个是 100 块。那么,我拿到的这个信封,一定是我上面那种‘100 和 200’组合里的那个 100。”
“所以,另外那个信封,肯定是 200。”

你看,在“看到 100 块”这个信息出现后,我过滤掉了“500 和 1000”这个组合的可能性。因为在这个组合里,不可能出现 100 块。

同样,如果你打开一个信封,里面是 500 块,那么你就能排除“100 和 200”的组合,只考虑“500 和 1000”的组合,那么另一个信封里就是 1000 块。

问题的根源在于,你赋予“另一个信封”的概率,是以“你手里这个数值”为基础的,但这个基础本身就是不确定的,并且你对它如何“不确定”的理解,可能忽略了“原始的钱数组合”的概率。

我们换个角度思考。
在你打开信封之前,你随机拿到一个信封。这个信封里的钱数,是 X。
另一个信封里的钱数,是 Y。
我们知道 Y = 2X 或者 X = 2Y。

在不知道 X 是多少的情况下,你拿到 X 的概率,和拿到 2X 的概率,其实是不一定各占 50% 的。

想想看,如果“钱数”可以取的范围是无限的,比如 {1, 2}, {2, 4}, {3, 6}, {4, 8}, ... 每一个组合都有一定的概率。
当你看到手里的信封是 2 块钱的时候,你不知道它是“1 和 2”组合里的 2,还是“2 和 4”组合里的 2。
如果手里的信封是 1 块钱,那你只能是“1 和 2”组合里的 1。

关键在于,我们不能简单地认为“我手里这个值,要么是小值,要么是大值,各 50%”。

正确的理解应该是这样的:
在你打开信封之前,存在着一个“真实的”成对钱数 {A, 2A}。
你随机抽取了一个信封,得到了 X。
剩下另一个信封,里面的钱数是 Y。

Y 是 2X 还是 X/2,取决于你抽到的 X 是 A 还是 2A。
在你打开信封之前,你抽到 A 的概率是 50%,抽到 2A 的概率也是 50%。

如果你抽到了 A,那么手里是 A,另一个是 2A。
如果你抽到了 2A,那么手里是 2A,另一个是 A。

当你看到手里的信封是 X 块钱时,你应该问的是:
1. “我手里这个 X,在所有可能的钱数组合中,出现的概率是多少?”
2. “如果我的钱数是 X,那么另一个信封的钱数 Y 出现的概率是多少?”

悖论的“陷阱”就在于,我们混淆了“条件概率”的计算。

它之所以看似无解,是因为我们不恰当地设定了“看到 X 之后,另一个信封是 X/2 或 2X 的概率都是 50%”。这个 50% 的概率,在计算“期望值”的时候,必须是基于“在看到 X 之后”这个条件下的准确概率。

而这个准确概率,取决于“原始钱数对 {A, 2A} 的分布情况”。如果我们不知道这个分布,就不能随意假设。

就好比你有一个箱子,里面有无数对大小钱数是两倍关系。你随机拿出一对,假设这对是 {100, 200}。然后你又随机从这堆里拿一个信封,里面是 100。这时候,另一个信封是 200 的概率,和你当初拿的“100 和 200”这个组合出现的概率,以及你从这个组合里拿到 100 的概率,都联系在一起。

总结一下,打破这个悖论的关键在于:

1. 承认“看到 X”这个信息会更新我们对概率的认知。
2. 不要随意假设“看到 X”后,另一个信封是 X/2 或 2X 的概率各占 50%。 这个概率的计算,必须回到最初那个“钱数对 {A, 2A} 的分配概率”上。
3. 当你不知道原始钱数对如何分配时,就无法计算出“换”与“不换”的准确期望值。

简单来说,双信封悖论就像一个魔术,它用一个看似合理的计算方法,让我们相信“换”总是更好。但这个计算方法,偷偷地偷换了概率的基础。如果你坚持“不换”的直觉,你并没有错,因为从对称性来看,两个信封的命运是绑定的,随机抽取一个,并不能改变另一个的“价值”。而那个计算出“换了更好”的说法,只是一个有趣的数学游戏,它在概率的细节上做了一些不被察觉的假设。

网友意见

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这个问题有点意思,但经不住耐心思考,一较真的话,就能拨开迷雾,看清饶人的地方在哪里了——两个信封里的金额只能是N元与2N元,无论你开始选择的是哪个,如果接下来要换的话,赚了也只能是赚N元,亏了也是亏N元,所以N=N,所以游戏还是公平的

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