能否科学地守株待兔?

作者: 铸雪

来源: 科学大院

发布日期: 2023-02-11 13:07:30

本文探讨了如何科学地守株待兔的可能性,通过伯努利试验和二项分布等数学模型分析了守株待兔的成功概率,并得出结论认为这种策略成功的概率极低,不建议依赖。

金虎奔腾辞旧岁,玉兔欢跃迎新春,转眼间春节假期就已经离我们远去了。在这个“美好时刻”里,笔者忍不住想起了“守株待兔”的故事——“宋人有耕者。田中有株,兔走触株,折颈而死。因释其耒而守株,冀复得兔。兔不可复得,而身为宋国笑。”作为一位打工人,此刻不免有个疑问,有没有可能科学、合理、可持续地守株待兔,而不会像寓言里的那位宋国人一样遭人嘲笑呢?

为了方便研究,我们抽象化问题的表述。假设宋国人某段时间守株待兔成功的几率为p,显然这一段时间在树下一无所获的概率为q = 1 - p,其中0 ≤ p ≤ 1。对于这种只有两种结果的单次随机试验,我们又称为“伯努利试验”,由数学家雅各布·伯努利提出。根据上面伯努利试验的设定,我们可以得出对应的概率分布,即伯努利分布,又称两点分布或者0-1分布。

对于离散随机变量,其对应概率质量函数(probability mass function, pmf),如上图;对于连续随机变量,其对应概率密度函数(probability density function, pdf),如下图)。很显然,伯努利分布是一个离散型概率分布,根据定义我们可以得到其pmf。如果取p = 0.3,我们可以得到函数图象。同时我们也可以求得伯努利分布的数学期望。

按照寓言的设定,宋人“因释其耒而守株,冀复得兔。”为了简化问题,我们假设兔子撞树属于独立事件,也就是说其他兔子并没有因为之前的事件意识到超速的危害,也没有将事故现场标记为事故多发路段。多次守株待兔问题的本质其实就是n次独立的伯努利试验中成功的次数的离散概率分布。

同样地,继续假设宋国人某次守株待兔成功的几率为p,宋人一共“守株”n次,其中k次成功,那么结合前面伯努利分布的结论,我们可以得到新的pmf。

经过之前的铺垫,下面让我们来讨论真实的场景,即我们如果亲自去守株待兔会有怎样的结果。故事的结局里,宋国人终日守在树旁(即试验次数n很大),但“兔不可复得,而身为宋国笑”。我们以此作为样本可知,兔子撞到树上的概率是非常低的(概率p非常小)。

我们考虑极限情况,令n趋近于无穷(n是试验次数,“趋于无穷”描述了守株待兔过程中“终日守在树旁”的状态)。那么,上一节中的二项分布可以写作。此处我们代入上一节中二项分布的期望值λ = np,即p = λ/n。为了后面计算的方便,这里我们引入自然常数e的定义。

综上所述,建议屏幕前的朋友们开工之后一定要认真地工作学习,毕竟天上掉馅饼的概率极小,而且很可能也不太好接。

UUID: df00292e-1abd-4bac-890e-7d8c1e5ebd04

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院物理所公众号-pdf2txt/2023/中科院物理所_2023-02-11「转」_能否科学地守株待兔?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0054 元