三门问题和贝叶斯定理
三门问题
也称为蒙提霍尔问题或蒙提霍尔悖论。这是一个经典的概率问题,最早由美国的数学家及电视主持人蒙提·霍尔(Monty Hall)在20世纪60年代初首次提出。
问题描述:你面前有三扇关闭的门,在其中一扇门后有奖品,另外两扇门后没有奖品。选手先选择其中一扇门,然后,主持人会在另外两扇门中打开一扇没有奖品的门。此时,选手可以选择是否更改自己的选择来获取奖品。请问,是否应该更改选择?
解决
对于三门问题中新事件所提供的信息,也就是主持人打开一扇没有汽车的门后告诉你选择正确概率只有1/2,我们可以将其视为更新先前假设的过程。
在游戏开始前,我们有三个可能性:汽车在门A,汽车在门B,汽车在门C,每个可能性发生的先验概率都是1/3。而当主持人打开了门B,并告诉你选择正确的概率只有1/2时,这相当于给出了一个新的观测值(门B不含汽车),从而更新了我们的先验分布。
具体来说,我们可以根据贝叶斯定理计算更新后的后验分布。在这种情况下,我们需要计算的是汽车真实在门X(其中X=?)的概率,因此我们有:
P(X|B) = P(B|X) * P(X) / P(B)
其中,P(X|B)是在主持人打开了门B后汽车在门X的后验概率,P(B|X)是在汽车真实在门X的前提下,主持人打开门B的概率,P(X)是汽车真实在门X的先验概率,P(B)是主持人打开门B的概率。
P(X|B)表示主持人已经打开了门B并展示它后面没有汽车,此时如果汽车真实在门X,那么主持人有1/2的概率会打开门B;如果汽车不在门X,那么主持人必须选择没有汽车的门来打开。根据随机性原则,我们知道汽车真实在门X的概率是1/3,因此我们有:
P(B|X) = 1/2
P(X) = 1/3
P(B) = P(B|A)P(A) + P(B|B)P(B) + P(B|C)P(C)
其中,P(B|A)表示在汽车真实在门A的前提下,主持人打开门B且门B后面没有汽车的概率,此时主持人只能选择门C打开,因此这个概率是1;P(B|B)表示主持人打开了门B但是发现门B后面确有汽车的概率,这个概率为0;P(B|C)表示在汽车真实在门C的前提下,主持人打开门B且门B后面没有汽车的概率,此时主持人只能选择门A打开,因此这个概率也是1/2。因此,我们有:
P(B) = 1/3 * 0 + 1/3 * 1 + 1/3 * (1/2) = 1/2
带入公式计算得到:
P(A|B) = 1/6
P(B|B) = 0
P(C|B) = 2/3
因此,认为汽车在门C的概率最大,为2/3,这意味着更改选择会带来更高的获胜概率。