摇骰子的学问——蒙特卡罗方法 摇骰子规则和叫法

术语是分割圈子的利器(阻碍交流的元凶) 。——by狗尾草
一、记一场酒局
在讲蒙特卡洛方法之前 , 先给大家讲个真事 。
几年前的某个夏夜 , 我和几个同事在撸着串 , 喝着啤酒 , 摇着骰子 , 当时的一段对话是这样的:
甲:“三个不知道”
乙:“四个不知道”
甲:“开 , 你喊四个我就开!”
乙:“你可真虎!”
甲:“为啥啊 , 你喊四个肯定赢少输多啊!”
乙:“那不一定 , 很多时候都是四个!”
甲:“一定啊 , 6个骰子出四个一样的几率很小啊!”
。。。。。。
然后 , 三个晕乎乎的渣博士坐在那里口算概率 , 算了接近一个小时 , 每个人算的结果都不一样 , 谁也不知道谁的是对的 。
摇骰子的规则特别简单 , 三颗骰子 , 摇出来的1是万能的 , 可以当任何数字使用 。
我本身数学是很差的 , 概率自从考完研之后就全丢掉了 , 第二天酒醒了之后 , 这个问题还让我“耿耿于怀” , 然后我花了点时间写了个程序验证了一下这个问题的答案 , 先说答案 , 答案是如果乙喊4个不知道 , 甲就开 , 那么甲赢的可能在63%左右 。
我用的方法就是蒙特卡洛方法 。
二、蒙特卡罗方法
蒙特卡洛不是一个人 , 是一个地名Monte Carlo , 位于摩纳哥 , 是一个世界著名的赌城(除了拉斯维加斯) , 现代计算机的先驱冯诺依曼命名了该方法 , 平白给这个方法增添了很多神秘的色彩(阅读障碍) 。其实这个方法的思想特别朴素和容易理解 , 也早已经存在了 。
注意 , 蒙特卡洛方法不叫蒙特卡洛算法 , 是因为它是没有明确的实施步骤的 , 它只是一种思想 , 它的思想特别朴素 , 借用我上面提到的例子:既然我算不出来概率 , 那么我就放弃计算 , 直接扔十万次骰子好了 , 统计一下赢的次数 , 根据朴素的概率论 , 只有样本量足够大 , 我一定会无限逼近于真实概率的 。
事实上 , 上的确有人这么干过 , 例如为了验证抛硬币正反面的概率 , 据说下面这几个数学家就充满恒心毅力(丧心病狂)的抛过硬币:
德·摩根 抛了4092次 , 蒲丰 抛了4040次 , 费勒 抛了10000次 , 皮尔逊抛了 24000次 , 罗曼诺夫斯基 抛了80640次 。(不知道有没有这个的吉尼斯世界纪录 , 可以尝试一下)
真的扔十万次骰子 , 是一个非常可怕的事 , 光想想就会疯 , 所以这个方法虽然很早就出现了 , 但是一直没有流行起来 , 直到——计算机的出现 。用计算机扔骰子 , 这不是太简单了吗?几十秒就能扔完 。
所以 , 计算机诞生之后 , 蒙特卡洛方法开始大放异彩 , 有很多难以用理论计算和推导的东西 , 没关系 , 我们用算力解决 , 因为最终要的也不是精确解 , 所以有一个近似解就行了 。
所以蒙特卡洛方法的朴素思想一句话就可以总结:用(计算机模拟)实验方法求概率 。
三、蒙特卡洛方法的应用
蒙特卡洛方法在非常多领域都很有用 , 而且在某些领域 , 它还几乎是唯一方法 , 但是别被我上面的例子和那句定义局限了 , 以为它就是求概率的 , 不是的 , 例如下面的例子 。


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