“三门问题”是一个知名的概率问题,这个问题刚好用到了“条件概率”,我们一起来看看,条件概率是如何帮助参赛者提高获胜机会的。
蒙提霍尔是一个美国电视节目的主持人,他曾主持过一个有趣的游戏节目,叫作“Let's make a deal”。节目中有三扇关闭的大门,其中一扇门的后边是一辆豪车,另外两扇门的后边各藏着一只老山羊。如果参赛者最终选定的门的背后是豪车,参赛者可以开着豪车回家,如果是老山羊,参赛者将空手而归。
节目开始后,蒙提霍尔让参赛者从三扇关闭的门中随便挑选一扇,然后,蒙提霍尔会从剩下的两扇门中打开一扇,门后定会出现一只老山羊,因为,蒙提霍尔知道豪车藏在哪扇门的后边。此时,蒙提霍尔会给参赛者一个改选的机会,如果你是参赛者,你会改选另一扇门还是坚持最初的选择?
我猜你此刻在想:蒙提霍尔知道豪车在哪,我可不知道,所以选哪扇门都一样嘛,改或者不改是一样的,非要我决定改还是不改的话,抛硬币好了。
节目中的参赛者也是这么想的,所以他们有的坚持不改,有的摇摆不定之后改选了另一扇门。这个游戏还包含另一层心理层面的因素,如果参赛者不改变自己最初的选择,即使他们没有得到豪车,也会用“坚持自我”来安慰自己,而如果他们改选另一扇门却落了个空,则会懊恼不已,因为他们把到手的豪车拱手送了出去!看起来,不改变自己最初的选择是对的。“不变初衷”“坚持自我”,多么励志的想法!
然而,科学不相信励志。下面,我就来告诉你,为什么“坚持自我”是错误的。
这个问题中的条件有些复杂,为了由浅入深的展开分析,我们对前提条件做一个简化:假设主持人不知道哪扇门后边是豪车,也就是说,在参赛者选择完一扇门后,主持人在剩下的两扇门里随机挑选一扇。此外,为了方便起见,我们把两只老山羊分别记为公山羊和母山羊,很显然,这样不会影响计算结果。
在这样的前提条件下,我们把所有可能的情况列出来,一共有6种可能的情况,即6个随机事件,如表1-1所示。
表1-1 “三门问题”的所有可能情况
现实中,主持人并非随机选择了一扇门,他只会选择公山羊或母山羊面前的那扇门,所以,随机事件B和随机事件D不可能发生!也就是说,当参赛者第一次选择了公山羊或者母山羊时,主持人根本没有选择的余地,他必须选择另一只山羊,留下豪车,这时,参赛者应该改变初衷,选择另一扇门;当参赛者第一次选择了豪车时,主持人一定会留下一只老山羊,这时参赛者不应该改变初衷。
因此,在下面三种情况下,参赛者会获得豪车。
参赛者选择公山羊⇒主持人选择母山羊⇒参赛者改选另一扇门⇒参赛者获得豪车
参赛者选择母山羊⇒主持人选择公山羊⇒参赛者改选另一扇门⇒参赛者获得豪车
参赛者选择豪车⇒主持人选择母山羊或公山羊⇒参赛者不改变选择⇒参赛者获得豪车
这三种情况包含的一个重要信息是:只要知道了参赛者第一次选择的门后是什么,就知道了参赛者是否应该改选另一扇门。下面,我们来计算参赛者第一次选择的三种可能的结果出现的概率。
设定:
随机事件A1:参赛者第一次选择公山羊;
随机事件A2:参赛者第一次选择母山羊;
随机事件A3:参赛者第一次选择豪车。
我们知道,参赛者第一次的选择是完全随机的,因此:
P(A1)=P(A2)=P(A3)
并且:
P(A1)+P(A2)+P(A3)=1
因此可以得到:
P(A1)=P(A2)=P(A3)=1/3
只有当随机事件A3发生时,参赛者才应该坚持自己的选择,而随机事件A3发生的概率只有1/3,所以,我们得到的结论是:改选另一扇门,有2/3的可能得到豪车,反之,则只有1/3的可能得到豪车。
重新审视分析过程,我们会发现,这个游戏有趣的一点就在于:在你随机选择一扇门之后,主持人为你去掉了一个错误答案。有了这个前提条件,参赛者获胜的概率提高了,这就是“条件概率”的神奇之处!