关于指数有趣的例子:棋盘上放麦粒的故事

2020年1月2日22:17:18关于指数有趣的例子:棋盘上放麦粒的故事已关闭评论

提起指数,读者们一定对“棋盘上放麦粒”的故事很熟悉,这个故事源自古印度的一个古老的传说。

舍罕王打算重赏象棋的发明者宰相达伊尔,达伊尔跪在国王面前,提出了自己的请求:“陛下,请您在棋盘上第一个小格里放一粒麦子,第二个小格里放两粒麦子,第三个小格里放四粒麦子,如此这般,直到填满整个棋盘,这就是微臣要的奖赏。”

国王一听,觉得这样的要求实在不足为奇,但既然达伊尔如此要求,便下令满足他的要求。仆人们扛来一袋麦子,本以为足够,可是还没填满十格就不够了,之后,一袋又一袋的麦子被扛过来,距离填满棋盘依然遥遥无期。最后,国王不得不承认,倾全国之麦粒也无法满足达伊尔的请求。

国际象棋的棋盘有64个格,按照达伊尔的请求,最后一个格子里要放263粒麦子,我们用计算机的常用计量单位来衡量这个数字,213大约是1KB,223是1MB,233是1GB,243是1TB,253是1PB,263是1EB,即使对超级计算机来说,这也是个十足的“大数据”!

指数既能把数字变得无穷大,也能把数字变得无穷小。有这样一个与指数有关的问题:假设有一种细胞,分裂和死亡的概率相同,都是50%。如果一个物种从这样一个细胞开始进化,那么这个物种灭绝的概率是多少?

直觉告诉我们,应该是50%吧。细想想,如果细胞一开始就死亡,物种便灭绝了,概率是50%;如果第一个细胞分裂为两个细胞,这两个细胞有可能全部死亡,这种情况的概率是50%×50%×50%=12.5%,如此一直计算下去,会得到无穷多的概率,这些概率相加就是物种灭绝的概率。因此这个概率肯定大于50%,可是究竟是多少,我们来算一算。

设A表示物种灭绝事件,B1表示第一个细胞分裂,B2表示第一个细胞死亡,根据全概率公式,有如下等式:

P(A)=P(A|B1)·P(B1)+P(A|B2)·P(B2)

很显然,P(B1)=50%,P(B2)=50%,P(A|B2)=1。P(A|B1)表示第一个细胞分裂的前提下,物种灭绝的概率,第一个细胞会分裂为两个独立的细胞,因此A|B1事件等同于“两个细胞各自分裂或死亡,最终物种灭绝的概率”,由于这两个细胞彼此独立,因此“两个细胞导致物种灭绝”的概率是“一个细胞导致物种灭绝”的概率的平方,即P(A|B1)=[P(A)]2,这与编程中的递归算法异曲同工。

我们用p代替P(A),便可以得到如下等式:

p=p2/2+1/2

解这个方程,会得到一个惊人的答案:p=1,物种必然会灭亡!

这就是指数,不论变大还是变小,它总是拥有无比强大的爆发力!

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