这事儿有意思。咱手头有这么两颗骰子,每颗都能平白无故地出现 1 到 5 这几个数,而且出现的几率嘛,那是绝对公平,一个数跟一个数,谁也不偏袒。现在呢,咱想玩个更大的,希望能用这俩骰子,捣鼓出 1 到 25 这整整二十五个不同的结果,而且这每个结果出现的可能性,还得跟它们“出身”的时候一样,不偏不倚,均分秋色。
这事儿怎么想怎么觉得有点玄乎,毕竟一颗骰子才 5 个面,两颗一共不就 5 乘以 5,也就是 25 个组合嘛?听起来像是天然就对了。但关键在于,咱不能直接把两颗骰子扔了,然后看看它们上面哪个数字朝上,就算一个结果。这么干,虽然也有 25 个组合,但它们出现的几率可不是均匀的。你想啊,两颗骰子都是 1 到 5,那“1”和“1”朝上的组合,它就只有一种可能。可如果你把这两颗骰子看成是“第一颗”和“第二颗”,那么“第一颗是 2,第二颗是 3”和“第一颗是 3,第二颗是 2”,这俩组合,在咱手里是完全不一样的。
要做到“等概率”得到 1 到 25,咱得玩点花样。这么着吧,咱就把这两颗骰子的结果,变成一个“计算过程”的一部分,而不是直接的“结果”。
咱们这样来设计:
先把这两颗骰子,看成是“第一个数”和“第二个数”。
第一颗骰子,咱就管它叫“被乘数”吧。它上面出现 1、2、3、4、5,出现的几率都是五分之一。
第二颗骰子,咱就管它叫“乘数”吧。它上面出现 1、2、3、4、5,几率也都是五分之一。
现在,咱们把这两颗骰子的结果“乘”在一起。
当你扔出第一颗骰子,出来个“A”。
当你扔出第二颗骰子,出来个“B”。
咱就把这个“A 乘以 B”的结果,当作咱这次“掷骰子”的最终结果。
这样一来,你可能会得到:
1 x 1 = 1
1 x 2 = 2
...
1 x 5 = 5
2 x 1 = 2
2 x 2 = 4
...
5 x 5 = 25
你看,这不就正好有了 1 到 25 之间的数字嘛?
那有没有可能得到重复的数字呢?当然有!比如 1 x 4 = 4,还有 2 x 2 = 4。而且,你扔出“第一颗 1,第二颗 4”的组合,和扔出“第一颗 4,第二颗 1”的组合,以及扔出“第一颗 2,第二颗 2”的组合,这三个不同的“组合”,都得到了“4”这个结果。
问题就出在这了:我们要的是“等概率”得到 1 到 25。如果咱们直接用“乘法”这个思路,那么像“1”、“4”、“9”、“16”、“25”这种完全平方数,它们只可能通过一种组合得到(比如 1x1, 2x2, 3x3, 4x4, 5x5)。而像“2”这种数字,就可以通过 1x2 和 2x1 两种组合得到。显然,这样一来,“2”出现的几率就是“1”的两倍,这就不“等概率”了。
所以,直接乘法这个思路,虽然能凑出 1 到 25,但没法保证“等概率”。
咱们得换个思路。要实现“等概率”,最根本的方法就是让每一个“组合”都代表一个唯一的、明确的结果,而且每个组合出现的几率都一样。
咱就这么办:
1. 给骰子“编号”:想象一下,你有一颗红骰子和一颗蓝骰子。或者,你第一颗扔的骰子和第二颗扔的骰子,它们本身就是有“先后顺序”的。
2. 建立“一对一”的映射:咱们把第一颗骰子扔出来的数字,加上一个“基数”,然后再加上第二颗骰子扔出来的数字。
什么叫“基数”呢?这就好比咱们要把这个二维的空间(两颗骰子)“压平”成一条线。
咱这样来设计:
第一颗骰子:它出现的数字我们记作 $D_1$(可以是 1, 2, 3, 4, 5)。
第二颗骰子:它出现的数字我们记作 $D_2$(可以是 1, 2, 3, 4, 5)。
咱们要产生一个介于 1 到 25 的结果 $R$。
咱可以用一个公式来计算:
$R = (D_1 1) imes 5 + D_2$
咱们来拆解一下这个公式,看看它是不是能做到“等概率”:
$(D_1 1)$: 这一步是为了把第一颗骰子上的 15 映射到 04。
如果第一颗是 1,$(11) = 0$
如果第一颗是 2,$(21) = 1$
...
如果第一颗是 5,$(51) = 4$
每一项(0, 1, 2, 3, 4)出现的几率都是 1/5。
$(D_1 1) imes 5$: 这一步,就是给不同的“第一颗骰子”结果,增加一个“区隔”。
如果 $D_1=1$,这一部分是 $0 imes 5 = 0$。
如果 $D_1=2$,这一部分是 $1 imes 5 = 5$。
如果 $D_1=3$,这一部分是 $2 imes 5 = 10$。
如果 $D_1=4$,这一部分是 $3 imes 5 = 15$。
如果 $D_1=5$,这一部分是 $4 imes 5 = 20$。
每一组(0, 5, 10, 15, 20)出现的几率,都和第一颗骰子出现的几率一样,也就是 1/5。
$(D_1 1) imes 5 + D_2$: 最后一步,咱们把第二颗骰子扔出来的数字 $D_2$(15)加进去。
咱们来看看具体会发生什么:
当第一颗骰子是 1 时 ($D_1=1$):
$(11) imes 5 + 1 = 0 imes 5 + 1 = 1$
$(11) imes 5 + 2 = 0 imes 5 + 2 = 2$
$(11) imes 5 + 3 = 0 imes 5 + 3 = 3$
$(11) imes 5 + 4 = 0 imes 5 + 4 = 4$
$(11) imes 5 + 5 = 0 imes 5 + 5 = 5$
这里得到了 1 到 5。
当第一颗骰子是 2 时 ($D_1=2$):
$(21) imes 5 + 1 = 1 imes 5 + 1 = 6$
$(21) imes 5 + 2 = 1 imes 5 + 2 = 7$
$(21) imes 5 + 3 = 1 imes 5 + 3 = 8$
$(21) imes 5 + 4 = 1 imes 5 + 4 = 9$
$(21) imes 5 + 5 = 1 imes 5 + 5 = 10$
这里得到了 6 到 10。
当第一颗骰子是 3 时 ($D_1=3$):
$(31) imes 5 + 1 = 2 imes 5 + 1 = 11$
...
$(31) imes 5 + 5 = 2 imes 5 + 5 = 15$
这里得到了 11 到 15。
当第一颗骰子是 4 时 ($D_1=4$):
$(41) imes 5 + 1 = 3 imes 5 + 1 = 16$
...
$(41) imes 5 + 5 = 3 imes 5 + 5 = 20$
这里得到了 16 到 20。
当第一颗骰子是 5 时 ($D_1=5$):
$(51) imes 5 + 1 = 4 imes 5 + 1 = 21$
$(51) imes 5 + 2 = 4 imes 5 + 2 = 22$
$(51) imes 5 + 3 = 4 imes 5 + 3 = 23$
$(51) imes 5 + 4 = 4 imes 5 + 4 = 24$
$(51) imes 5 + 5 = 4 imes 5 + 5 = 25$
这里得到了 21 到 25。
你看,通过这个公式,$R = (D_1 1) imes 5 + D_2$,咱们把所有可能出现的 $D_1$(15)和 $D_2$(15)的组合,都转化成了 1 到 25 之间一个唯一的数字。
关键点在这里:
每一种 $D_1$ 和 $D_2$ 的组合(比如“第一颗是 3,第二颗是 4”)出现的几率,都是 (1/5) (1/5) = 1/25。
咱们的公式将每一种组合都映射到了一个 1 到 25 之间唯一的数字。
例如,要得到结果“13”,只能是第一颗骰子是 3 ($D_1=3$),第二颗骰子是 3 ($D_2=3$);要得到结果“25”,只能是第一颗骰子是 5 ($D_1=5$),第二颗骰子是 5 ($D_2=5$)。
这意味着,咱们之前说的每一种 1/25 几率的组合,都对应着一个 1 到 25 之间的特定结果。所以,每一个 1 到 25 的结果,它出现的总几率,就是它所对应的组合的几率之和。因为我们把所有 25 个组合都变成了 1 到 25 之间的唯一数字,而且每个组合的几率是 1/25,所以每个结果(1, 2, ..., 25)的几率,都是 1/25。
简单来说,就是你把第一颗骰子的结果“提前”减去 1,然后乘以 5,再加上第二颗骰子的结果。 这样,第一颗骰子的 5 种可能,就分成了 5 个“大区间”(04, 59, 1014, 1519, 2024),每个区间里有 5 个子结果,而第二颗骰子的 5 种可能,正好填满了每个区间里空着的 5 个位置。
所以,这个方法能够确保,无论你扔出第一颗骰子是多少,以及第二颗骰子是多少,最终计算出来的结果,在 1 到 25 之间,并且每个结果出现的可能性都是完全一样的,都是 1/25。