相亲|数学家的相亲模型,你或许可以用到,相亲不够有效的原因在此( 三 )


选中第i个佳丽的可能性是多少?取决于第i个佳丽被选中的条件,那应该是当且仅当第i个佳丽比前面i-1个都要更好,而且前面的人尚未被选中的情形下才会发生。也可以说,第i个佳丽被选中,当且仅当第i个佳丽比之前的“临时最佳者”更好,并且这个临时最佳者是在最开始被忽略的r-1个佳丽之中。因为如果这个临时最佳者是在从r到i之间的话,她面试后就应该被选中了,然后就停止了“相亲过程”,第i个佳丽不会被面试。
此外,这第i个佳丽是“#1”的可能性是多少呢?实际上,按照等概率原理,每个佳丽是“#1”的可能性是一样的,都是1/n。因此根据上面的分析,我们便得到了图3-5-1所示的选中“#1”的概率公式。
从公式可知,选中“#1”的概率是傻博士策略中开始认真考虑的那个点r的函数。读者不妨试试在公式中代入不同的n及不同r的数值,可以得到相应情况下的Pn(r)。比如说,我们前面所举的当n=100时候的两种情形:P100(2)大约等于6/100;P100(99)大约等于2/100。
下面问题就是要解决:r取什么数值,才能使得Pn(r)最大?如果我们按照图3-5-1中的公式计算出当n=100时,不同r所对应的概率数值,比如令r分别为2,8,12,22,…,将计算结果画在Pn(r)图上,如图3-5-2(a)所示。我们可以将这些离散点连接起来,成为一条连续曲线,然后估计出最大值出现在哪一个点r。这是求得P(r)最大值的一种实验方法。
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然而,我们更感兴趣从理论上分析更为一般的问题,那就要用到微积分了。如果能给随机变量建立一套类似于普通微积分的理论,让我们能够像对普通变量做微积分那样对随机变量做微积分就好了。
在普通微积分里面,最基本的理论基础是“收敛”和“极限”的概念,所有其他的概念都是基于这两个基本概念的。对于随机过程的微积分,在数学家们建立了基于实分析和测度论的概率论体系之后,就可以像当初发展普通微积分那样先建立“收敛”和“极限”这两个概念。与普通数学分析不同的是,现在我们打交道的是随机变量,比以前的普通变量要复杂得多,相应建立起来的“收敛”和“极限”的概念也要复杂得多。
在随机微积分中的积分变量是随机过程,比如说无规行走。无规行走是时间的一个函数,却有一个特殊的性质:处处连续但是处处不可导,正是这个特殊的性质使得随机微积分与普通微积分大不相同。
实际上,随机微积分一般都既牵涉到普通变量时间t,又牵涉到随机变量W(t)。所以,进行随机微积分时,如果碰到跟t有关的部分就用普通微积分的法则,而碰到跟W(t)有关的部分时就使用随机微积分的法则。
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变式---炮灰模型
来源于1949年的一个数学家提出的未婚妻模型。两者本质是一样的。下面介绍下未婚妻模型。
先做几个假设:
1. 相亲男在打算谈恋爱到结婚的这段时间里([0,m],m是时间点),假设可以遇到N个女生。比如,N = 0,1,2,3...这个N个人中的某一个,就是你的未婚妻。
2. 这N个女生,虽有优劣,均是随机的被相亲男碰到的。
3. 相亲男碰到的每一个女生,均有两种选择,要么表白,要么拒绝。一旦表白,则结束这个“征婚游戏”;一旦拒绝,则继续考虑下一个女生。(根据事件独立性原则,不考虑脚踏两只船的情况)。
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一般情况下,相亲男会跟前几个女生都接触下,试试水,同时逐渐了解下自己的需求,再开始认真考虑,从下一个开始,只要一碰到一个女生比自己之前遇到的人都合适,那么就表白,其发展关系。
这个问题就变成了数学问题:先拒绝前k个人(k<=N-1),从k+1个人开始,一旦看到比之前所有人都要好的人,就毫不犹豫地选择。
那么,这个问题就变成了,如何确定k值,使得未婚妻出现的概率最大(即P(k)最大)。
算法如下:
我们假设,未婚妻出现在第i个位置。 一般情况下,每个人被选择的概率,是1/N。
因为要拒绝掉前k个人,那么k <i<=N,以及 k<=i-1。又因为,未婚妻比前k个人都要好,这种选择的概率为k/(i-1)。未婚妻出现的总概率为P(k) = Σ(1/N)(k/(i-1)) = (k/N)Σ(1/(i-1))。其中求和从i=k+1开始。
(后面实际上是一个调和平均数)。啰嗦一句,调和平均数的本质在于总体等效。比如,初中时候的并联电阻。其关键一点在于,在一个等效系统中,最重要的是考虑弱小的一方。有点类似短桶效应。
举例子:比如,相亲男要进行20次相亲,即N = 20,他打算与前3个进行试探下,并不打算表白。即k=3。那么P(k=3) = (3/20)[1/(4-1)+1/(5-1)+1/(6-1)+...+1/(20-1)]=我就不计算了。
用 x 来表示 k/n 的值,从极限角度考虑,当N = 无穷大时,上述P(k)可以用微积分写:P(x) = x∫(1/t)dt = -xlnx
求最大值嘛,那么就求导,对P(x)求导,就是对-xlnx求导,求导后令x=0,得到P(x)的最大值就是P(k)。
这个最大值为:(1-1/e) = 1/2.718 = 1- 0.3679 = 0.6321
换句话说,如果相亲男拼命去相亲(N = 无穷大),最多有63.21%的概率,碰到自己认为最合适的未婚妻。


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