随机赛程的最佳策略

引言

# n! Y9 a; f! c/ E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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& ^' E+ d" Y9 e: W8 e问题

1 ]. b: h. n# q6 p% |9 ~, U& U
" q3 m0 j" l1 U) H$ @3 j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？
( g/ S/ y* N( {3 n6 l& Y
) s4 q" M# ?1 R2 J, F3 T0 I3 n$ G8 C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。

' u7 m; n( y' g6 Z9 l+ l2 P本文
, n: E( P1 b1 H5 {0 R* X" _

' i" z- X% @7 }% L6 @5 `3 n% v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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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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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。）
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。）
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。
$ r+ \. h! i/ f. |) ?
' a1 Q, E: n2 s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）。

++,
% N- {; O, G$ L4 h0 P: M+-++,-+++,
8 h3 f/ u5 T! z& _# n! a, \+-+-++,+-+++,-++-++,-+-+++,
                                                                                                。
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
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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。
+ z: N/ W) C# n
. K" N% `9 d$ U9 T++,+-+,
-+++,-++-+,（注意：甲第二次仅能下注 1 元）
-+-+++,-+-++-+,
                                 
, ,
                                                                                。

  E+ t5 n8 Q9 _仿上之计算，可得此时甲赢的机率为
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* c) D; j# p- q4 c% P* t
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3 f4 i0 H/ b5 ?9 P& [8 }/ I' B1 ^, e

' B0 \$ b! b8 B/ e+ @# Y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 。

$ f2 q& y( ~. G) b! }& ]+ A- q# C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。
0 X, e1 e+ G3 g( t: x4 e
! t2 ?+ H1 g& Q' }- Q2 M+ ]  Y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？
3 w5 _# {+ a$ t6 ~4 `) J/ i
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。

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情况一：  
# M, c& d6 N% ~8 w( X) |此时不论甲如何下注， 恒等于 c/(m+c)。
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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。
. u! o# v3 c" `" ~1 e
7 J+ e  Z5 B, m* Z2 g$ U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 。

! Y; L* U6 A0 }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。

2 ^  ^4 z& |1 E3 e- i7 X4 ?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。
  V* K8 o4 s$ M! W! d& @
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。

) W+ {9 C$ o1 u# j! z4 _$ ]
: u) s  S) J' q7 P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
6 N( f8 f$ z0 ?& o( f
5 ?- d- p- i+ M6 h3 {  N
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1 h! r% F& [( ^$ n$ w0 _6 I6 }
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)。

+ f. ?. u  f. j情况二：  
4 p2 t3 R5 W. N* q令 q=1-p。此时对 ν 我们有方程式


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9 \5 L; z# ]8 V. P

$ [" P7 W# \" i5 L: j- c( |
1 ]1 f  M* N% C+ b9 L8 s5 d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。
- r, L" \- }7 T利用p+q=1，上组方程式可改写为

; C6 u3 o. s& @' b9 t: j$ ]7 k
, N- ]$ U! C% z- S
! \$ L5 Z3 k9 L# z


两边相加，并利用 、，得
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若取前 c 项相加，则得

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0 T( J: G! M5 _. x

; b" F/ P9 s, L; x% M' Z情况三：  
仿二之解法，可求得
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$ F1 R% `( e0 v2 E8 A5 z; g( w
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% ]! M1 Q$ N- N+ |) t3 x! l! X

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。

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。
$ w7 a1 g8 Z7 Q1 N$ s& \& x) M/ c
+ B$ a& V- h8 a7 _, O2 ~
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。

7 g% a4 }/ `6 w3 o7 g7 a, |/ G现在我们就拿这定理来证明先前我们所下之结论。

% o+ t5 e% N2 i  w9 w8 p  a. J' I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， 。

至于在情况二或三时，我们取 。此时若给定 Sn，则
% o7 M8 v7 b4 j. T4 U' L
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  A9 \3 z% K2 Y+ [7 M3 K/ z' N
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0 x; ^' r9 T- X' e& b其中  为所下注之金额。利用








可得不论以何种下注法下注，若给定 Sn，则 。所以由定理知 。但
4 B" r0 o: _; P; m) B, m




8 m% V) r8 V$ Z. a
, ]; f. F# ]* Z8 P6 ~9 H

因此可得在情况二， 时，

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3 b8 x) E# v9 ?: _




而在情况三， 时，
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2 H- P1 _! u9 h
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# G" w: W: ]8 k) j1 j
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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。

* e8 J) t1 p% s- P* N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。
, B% a+ P/ W7 d% F  d1 A* A3 z$ M
' M; }6 M3 s; ?6 F" W+ O9 \' I附录


1 Q7 N% ]  F4 r* }' a: F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

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, D7 L+ p# R5 }  B# J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！！！！！！！！！！