随机赛程的最佳策略

引言
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在日常生活中的许多场合，像生意的投资、决策的推行等，我们往往无法事先确知其结果，但对其成败的机会，则往往可事先估计出。这种成败的机会，也即是我们通常所说的事情成败的机率，然而使事情成功的方法不一，所以如何选用一个方法，使其成功的机率最大，是一个很值得研究的问题。本文拟就此类问题中之某型问题作一探讨。为叙述方便，作者特考虑下面的数学模型，实际生活中的模型当较此复杂得多。不过笔者为文之目的，不单是提出一个结果供读者参考，而是希望能藉着本文介绍一些简单而又实用的数学方法，让读者能一窥这些方法在这类问题中是如何被使用的。
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问题


. n+ j8 F5 d2 q3 l有某甲持 c 元，拟与持 m 元的庄家赛局，并明定每局所下赌注至少为 1 元。设在每局中，某甲赢的机率恆为一常数 p (0<p<1)。并且我们假设只要某甲或庄家输尽，整个赛局即结束。那么某甲应如何在每局中下注，才会使他赢得庄家所有资本的机率达到最大值呢？
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当然，我们假设下注的金额是合理的，比如说若某甲现已有 8 元，而庄家只有 2 元时，那么某甲最多只能下注2元。

本文


% X" Q& s& ^/ ?) a问题的叙述虽很简单，但细思之下，却发现其并不很简单。这道理不难明白，因为可下注的方法实在太多了，要一一比较是不可能的。
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! U4 ^: `7 E0 P6 u% n, d3 C为了要克服上面所说的困难，数学家首先考虑几种比较可能为人们採用的方法，这些方法所以较常採用，泰半是由于直觉上认为它们可被採行。当然，直觉的认定往往是不可靠的，所以最好能有理论支持。下面就介绍三种可能的方法，并比较其优劣。

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* x6 m  w4 B& X; u* h+ T7 O方法一、每次甲均下赌注 1 元。（显然，这样的下注法最保守，我们称之为保守型下注法。）
方法二、首先甲下 1 元赌注。若他赢了，则下次仍下 1 元；若输了，则将赌注加倍，依此类推。换言之，往后只要一赢，他就下 1 元，否则就把下注金额加倍。当然，我们假设所下金额是合理的。（显然持这种下法的理由是因为只要一赢，那么非但所有输的金额即全捞回来，并且反多赢 1 元，我们姑且称之为输不起型下注法。）
& Q% ?' u% ]' e: X方法三、只要许可，甲就将所有赌本下注，因此只要一轮，某甲就血本无归。（显然这种方法是最大胆的，我们就称之为极端型下注法。）
. @- b" R1 O; l/ L) O1 n8 l你会採用哪种方法呢？能说个道理出来吗？事实上，答案并不简单，它跟 p 究竟大于、等于或小于 1/2 有关，也即跟你是否比庄家强有关。我们就举 c=2 的例子来说明。为方便计，我们以「＋」表甲赢，以「－」表甲输，并以＋、－所形成之中列表示甲在整赛局输赢的顺序。

首先我们考虑保守型下注法，此时只有在下列诸场合，甲才会赢（即庄家赌本输光）。

++,
+-++,-+++,
6 H  Q0 q" x" i. I% h4 g" }# T8 i+-+-++,+-+++,-++-++,-+-+++,
                                                                                                。
在第一列 ＋＋ 中，甲连赢两次，此次机率为 。在第二列中，甲赢了三次，输了一次，并且有两种可能性，所以其机率为 （q 为输的机率，故 p+q=1）。依此推导可得在第 n 列中，甲赢了 n+1 次，而输了 n-1 次，并且有 2n-1 种可能性，所以其机率为 2n-1pn+1qn-1。因此可得在整个赛局中，甲赢的机率为

* v+ M" P8 Q' @0 P4 Z' ?2 z
' ~: W/ k" N+ e# K
- S0 w% T; n, J9 Z
; I, d6 b$ [7 P8 l+ @9 H

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7 a$ z+ v# Y* A3 o" g
6 S4 C% ^& M0 G' a7 i/ X$ B( n

现在让我们考虑输不起型下注法。此时只有在下列诸场合，甲才会赢。
' j8 j% n4 b: F9 @
+ s. Z* z; Q. Y8 j6 U3 t* Y++,+-+,
-+++,-++-+,（注意：甲第二次仅能下注 1 元）
+ `6 J- ^) C$ h-+-+++,-+-++-+,
. L* O6 h  ?( X6 y                                 
/ G% u, T. R, G, ,
$ v7 ], k5 |+ N! s                                                                                。
; A! ~2 q; {, B
, y1 B7 C+ l4 g1 m仿上之计算，可得此时甲赢的机率为


$ M6 p5 _+ m3 Q2 P

8 ]3 H7 Q. ]5 x( s


( g; @6 m0 I. H1 `  |
最后设某甲採极端法，则甲第一次即下注2元，因此一次就决定了输赢，所以甲赢的机率为 p 。

现在我们再回到原问题：究竟在这三种方法中，以那种方法最好？由于相对应赢的机率公式已求得，所以我们只需将 p 值代入，进而比较其大小即可，举例来说，当  时，三者之值皆为 ；而当  时，三者之值依序为 、、；至于当  时，则其值依序为 、、。这些数值告诉我们，当  时，三种下注法没影响甲赢的机会；当  时，则以保守法较好；当  时，却以极端法最佳，保守法最差。
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这些结论，是不是有些出你意料呢？其实问题还没全部解决，迄今我们仅就保守、输不起、极端三型来作比较。是否尚有其他型的下注法会使得答案更好？还有，我们仅就特例来考虑，在一般的情形下，答案又是怎样呢？

  o/ ^' b- F4 s  \; }3 T7 q; C现在，先把最一般性的结果写在下面，其中  代表当甲有 i 元时会赢的机率。


6 J( N  b/ d9 |$ @, l情况一：  
- G4 a# ?$ t( T1 g" e" w此时不论甲如何下注， 恒等于 c/(m+c)。

情况二：  
此时不论甲如何下注， ，而右端为保守型下注法赢的机率。因此，在此情况以保守型的下注法为最稳当。另一方面，极端下注法的赢面最低。

情况三：
此时以极端法最佳，保守法最差。同样地，保守型下注法赢的机率为 。
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1 Y3 o" s5 l/ |. e# \; @* x) X1 q现在我们就来研究，为什么会有这个结论！这用到了一些数学工具，不过对其中较复杂的部分，因顾及本文的可读性，笔者只很扼要的叙述一下。
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. P/ f6 }- o; g由于在上面的结论里，保守法处于一个居中的地位，所以我们先就此法进行讨论，然后再进一步研究整个问题。
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如同以前， 代表当甲所拥有的资本达 i 元时，他会赢的机率。由于甲及庄家的总资本额为 m+c 元，所以 i 之可能值为 i = 0, 1, …, m + c。显然地，，，而  为我们最早所想求得之机率。


; c# S* O1 {9 [% h- ]$ N5 r* e- ^- k情况一：  
假定某甲现有 i 元，那么有  的机会，他的资本会成为 i+1 或 i-1 元。因此




' k" j+ ]: Q( k9 E" \- ~8 }) F
# w2 P* |0 R6 x% v8 ~5 s
) ^7 D3 r, j6 ?8 h0 _这样的函数 ν，在数学上是一个线性函数，因此解的通式为 。由于，、，得 a=0、 。因此 ，亦即甲的赢面为 c/(m+c)。
) X4 I* g1 U. E3 W' G6 [
. W2 b+ n5 n# _' c' h9 ]3 f: m情况二：  
令 q=1-p。此时对 ν 我们有方程式

$ H* s6 c/ T  {1 A

% V) `& b1 `- t

2 T' ]6 A- a& f! E) f* F
这样的一组方程式，在数学上称作是差分方程式。它也有一个求解的一般方法，但其道理较深。为此之故，我们特採用下面的方法。
/ b$ a5 @& U9 j* N' [利用p+q=1，上组方程式可改写为


) Y+ ]7 S" \( B# K



两边相加，并利用 、，得

2 [7 M! d$ o! Y3 t( l' G


& g8 c$ s' Y+ c2 i4 C: _
8 p5 m1 Z) o! W& \% B  Z
2 r: z0 u5 G9 O1 H6 X" w: f) }+ [若取前 c 项相加，则得


1 @, Z' B" S2 D
) h6 l8 d( u- H; I! w) d& g
- X7 ^! S! ]9 j4 I

" m2 T/ Q: _, e- m) K, p情况三：  
# Y9 b4 O3 [: C: x; S6 d仿二之解法，可求得

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2 I* X8 h( ~3 t& O8 I
  z2 [3 G* ]+ n! F. D& O
, D5 x0 v# M4 A
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" Z+ ^7 S, M9 h8 _& m4 g- P! z( d
保守法的  已求得，现在我们来研究为什么在情况二时，以保守下注法的  为最大；而在情况三时，反以保守下注法的  为最小；同时另一方面，在情况二时，则无论何种下注法， 皆一样。
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首先我们引进一个定理。令 Sn 代表在第 n 次赛局时，甲所拥有之资本额，因此 Sn 是一个随机变数。我们并设 S0=c，即原资本。令 N 表结束赛局所需之时间，因此 SN=0 或 c+m。我们并以 E 表期望值。
2 h7 q3 }4 t7 D3 H8 k+ v

定理：
设 f 为一定义于 Sn 上之有界函数。若在 Sn 之条件下，f(Sn+1) 之期望值 E[f(Sn+1)] = f(Sn)，则 E[f(SN)] = f(S0) = f(c)。若将「=」改为「」，则结论亦真。
此定理在机率学上，即着名的选择样本定理 (optional sampling theorem)，它的证明已超过本刊程度，所以略去不证，但它的直观意义却不难了解。就拿「=」的情形来说，其实是说若你的第 n+1 次赛局，平均而言并不能改变在第 n 次赛局时 f 之值，则当整个赛局结束时，f 的平均值也与原先值一样。另一方面，若在「」的情况，亦即你的第 n+1 次赛局平均而言会改进 f 先前之值，则当赛局结束时，f 的平均值也曾比原先值为佳。
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现在我们就拿这定理来证明先前我们所下之结论。
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首先，我们考虑情况一。此时取 f(Sn)=Sn，则不论对何种下注法，因胜负机会均等， ，所以若给定 Sn，则 ESn+1 = Sn。因此由上定理知 ESN = c。但  = ，所以知不论以何种方法， 。

; l& d1 s8 ~: Y$ M$ v至于在情况二或三时，我们取 。此时若给定 Sn，则
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) s3 o  z+ t" U* h$ r& w. t

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2 M5 ]0 Z; t6 Q/ G8 _) o+ w

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其中  为所下注之金额。利用

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1 {2 o( T4 o  Q0 m7 U+ T
: Y  B" f6 t5 C0 j! U9 X
可得不论以何种下注法下注，若给定 Sn，则 。所以由定理知 。但

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  J2 A0 a7 Q* B

因此可得在情况二， 时，
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1 \) P. }8 @/ _6 f. m: y( G


; t$ A# }% ]: F/ {7 R- J# }而在情况三， 时，
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' Y* `% {. T$ d2 y# s  b
1 u7 e% t7 R! |8 ?但  为採用保守下注法时赢的机率，所以知在情况二时，以保守法的  为最大；但在情况三时，却以保守法的  为最小。
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至于为什么在情况二时，以极端法的赢面为最低；但在情况三时，却以极端法的赢面为最大。这其中又牵涉到更深的理论，只好从略了。
1 `; q  e* g6 ]% k
5 W9 I! Q" l; I$ L附录


在本文中，我们仅讨论如何使甲赢的机会为最大。但亦有一些其它有趣的问题，比如说，我们或者也想知道欲使整个赛局结束所需的时间的平均值 T（亦即期望值）。关于这个问题，我们有如下的答案：保守下注法的 T 为最大，其值当  时为 T=cm，当  时为

' r, S/ J* ?8 T" I4 @



8 c6 P  k+ S$ V: G' X! o  M5 B5 }
6 f5 r; u1 k1 H# R0 X9 v

另一方面，极端下注法的 T 为最小（但无统一公式）。至于其推导过程，与正文中所用的方法类似，只是演算步骤复杂多了，所以从略。

太长篇了，而且非常的深奥，希望有玩家能看的明白。

好文章,学习了.

又来看了,还是没有看明白,不知楼主有没有看懂了.

我也来学习下

太深奥了！！！！！！！！！！