◎ 毒蛙 的六道問題一字排開
有很多影片在講解這題;但其中某些「題目設定」和其他的不同;甚至有「設定沒有交待清楚」的情形
而且大部份的解說,和一般網路上常見機率問題的益智文章一樣,主要在說明:
「你可能會以為,兩隻青蛙已知有一隻是公的,那另一隻是母的機率也應該是一半;
但如果從 條件機率 的角度來看,其實是 2/3。」
但我認為,作為「教學」,這樣的解說內容是不夠好的…… 因為答錯的人是因為未必不懂條件機率,而是「搞錯了情境」 — 甚至是題目交待不清而造成誤會。
題目有兩個關鍵(會影響機率):「你不知道剛才是哪一隻在叫」
和「(舔到雄蛙也沒事) 可以一次舔兩隻」
因為不知道哪隻才是公的、而且兩隻裡有一隻是雌蛙就好;所以活命的事件是:
「已知有一隻青蛙是雄性,另一青蛙是雌性的機率」,
那答案是 2/3 (雄雄、雄雌、雌雄,三者中「一雄一雌」占其2)
先比較Q1、Q2「知不知道,叫的是哪隻蛙」的差異
如果說,森林裡有一位土著,他有目睹剛才發出叫聲的是A蛙;因為可以一次舔兩隻蛙,所以仍然是兩蛙中有一隻母蛙你就能活命。
那麼條件就改為:「已知A青蛙是雄性,B青蛙是雌性的機率」,
那答案就是1/2 (雄雄、雄雌,兩者中之一)
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要注意,如果你一次可以舔兩隻,那「你知道A蛙是公的」 和 「以A蛙是公蛙為前提 (計算機率的人知道A是公蛙,但你不知道)
因為不會導致你有不同的作為,所以存活機率是一樣的。
再比較上圖中Q1、Q4「往後走能不能兩隻蛙都舔」的差異
本題:「舔到雄蛙也沒事」+「可以一次舔兩隻」…活命機率是 2/3 。
但如果規定你不能一次舔兩隻,也就是後頭的那兩隻蛙,你只能挑一隻去舔的話; 那你在「不知道哪隻叫」時往後走活命的機率只有 1/3 而已。
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接著看下圖比較
特別留意,在「你只能挑一隻舔」的設定中。 「你知道A蛙是公的」 和 「以A蛙是公蛙為前提 (計算機率的人知道A是公蛙,但你不知道)
就會讓你有不同的作為;因此機率並不相同。
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◎ 新問題
在「兩隻都可以舔」的情況下,
如果旁邊有一個人,他說他知道剛才叫的是哪隻,難道我還要跟他說:
「別跟我講,如果我知道了,存活的機率會下降」 -- 這樣合理嗎?
這個質疑,其實是「主觀角度」帶來的謬誤。
我們可以這麼說「旁觀者 (一開始就知道叫的 (雄蛙) 是哪隻) 的眼中,主角的存活機率一直都是 1/2 — 取決於沒叫的那隻是否為雌蛙;
而主角在資訊不足的情況下,以為自己的存活機率是 2/3…… 這樣雖然會讓故事的讀者發現「旁觀者知道得更多,他眼中主角存活的機率卻更小」,而覺得怪怪的。
但…… 誰說旁觀者想要主角存活的? 如果旁觀者就是死神,他眼中主角喪命的機率(1/2),比主角自以為的(1/3) 高啊。
知道訊息,的確會影響目前算出來的機率,它可能會讓事件發生的機率變高,也可能會讓它「更無望」。
而機率,本來就只是「藉由給定的資訊,對可變結果的評估」,不同的給定資訊,就會算出不同的機率
— 另一個旁觀者如果早就知道兩隻蛙的性別,他眼裡主角是必死 (或 必活) 的。
我們之所以常會覺得「知道的資訊越多,越有利」這是因為通常伴隨著資訊的更新,我們可以有「不同的對應作為」;
像「只能舔一隻」的情境中,你因為知道了「叫的是哪隻」而能調整你的選擇。
而在「兩隻都可以舔」的情境中,所以得到資訊並沒有帶來好處 — 反而是讓你更絕望一點。
更絕望…但並沒有改變事實;上面的一句話:
// 如果旁邊有一個人,他說他知道剛才叫的是哪隻,難道我還要跟他說:
「別跟我講,如果我知道了,存活的機率會下降」 -- 這樣合理嗎? //
應該這麼回答:「你知道了哪隻是公的,”你以為的存活率”的確會下降; 但那兩隻蛙是公是母,其實早就確定了,你的存活機率 (在能兩隻都舔的設定下) 並沒有因為得到的資訊而有不同。」
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◎補遺
有網友說:1. 叫聲有一半的機率來自A、一半機率來自B。
2. 叫聲來自A時,已知A是公的,而B有一半機率是母的
叫聲來自B時,已知B是公的,而A有一半機率是母的
所以不論叫聲來自哪一隻,都有一半的機率另一隻是母的 -- 往後走存活的機率應該是 1/2
我以下圖回應:
如上圖, 「叫聲來自A時,已知A是公的,而B有一半機率是母的」 — 這句話就已經錯了。
反過來說,「B蛙為雄蛙的前提下,叫聲來自A蛙的機率」也非 1/2
總言之、簡言之「B蛙是公蛙」這個事件,和「叫聲來自A蛙」這個事件,並非獨立事件。
網友可能是因為誤以為它是獨立事件,所以有了後續的推論 — 這也是滿有教學價值的,我相信會有這類思路的學生應該不少,所以把這段回應附進來。
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Ps. 毒蛙的問題也罷,底下的「蒙提霍爾問題」也罷,常見的一個麻煩是,出題的人不小心給了不一樣的情境而不自知,或是他漏講一些設定,而讓答題者有錯誤的聯想。
建議要向學生講解的時候,不要只講一種結論、讓學生「好像聽懂、但又不太信服、但又想不清楚……」 這樣反而讓他們對數學感到畏懼。
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◎ 蒙提霍爾問題 ( 山羊 vs 汽車 )
//參賽者會看見三扇關閉了的門,其中一扇的後面有一輛汽車或者是獎品,選中後面有車的那扇門就可以贏得該汽車或獎品,而另外兩扇門後面則各藏有一隻山羊或者是後面沒有任何東西。
當參賽者選定了一扇門,但未去開啟它的時候,知道門後情形的節目主持人會開啟剩下兩扇門的其中一扇,露出其中一隻山羊。(主持人總是選擇「有山羊」的那扇打開)
主持人其後會問參賽者要不要換另一扇仍然關上的門。
問題是:「換另一扇門,會否增加參賽者贏得汽車的機會率?」 //
「本來機率是 1/3、後來變 1/2,所以換比較好」 — 錯哦……
因為遊戲規擇就是會打開一扇「山羊」、只留下兩扇,所以在開門後,不論換或不換,機率都不會再是 1/3 了
— 所以說,問題在於:「是否 “不管換不換,機率都是 1/2” 呢?」
「蒙提霍爾問題」 — wiki https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%92%99%E6%8F%90%E9%9C%8D%E7%88%BE%E5%95%8F%E9%A1%8C
建議你先點連結,看看維基裡的說明; 雖然我同樣覺得,以教學的角度它寫得不夠好,但你可以先看完它,我們再接著討論。
。說好的「條件機率」呢?
如果你有點進維基去看解說,會看到維基裡寫的「正確解答」是「換的話,有 2/3 的機率會得到汽車」
但是,如果你充滿積極懷疑的精神,而且願意自己「把心裡的念頭 想到底」,那你會發現,根據條件機率,選擇「換」得到汽車的機率只有 1/2 — 也就是「換、不換,都一樣」
所以說…… 維基寫錯了……嗎?
我可以直接告訴你,維基是對的。
而且我可以告訴你,「科學家用電腦模疑過幾千次後,發現「選擇換,得到汽車的機率,真的是 2/3」
這不科學啊!
好吧,那我再多說一句,除了模擬結果的「現實」是如此,其實從其「原理」上推論,也應該是 2/3 ……
也就是說,上面張圖,其實有錯…… 錯在哪裡呢? 你能想到嗎?
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◎「條件機率」現實問題的「最大誤區」
條件機率的應用問題,不只是學生常錯,就連老師也可能會解錯 — 通常都是因為,搞不清楚現實問題中的「條件」是什麼。
比如說,「蒙提霍爾問題」 就「不是」條件機率的問題……
蛤? 真的嗎?
那「已知主持人打開的門裡是羊」呢? 這不是條件,那什麼才是條件?
— 沒錯,問題就在於「什麼才是條件?」
可以這麼說「條件機率」 的所謂 “條件”,其實「觀察條件 (資訊)」 — 也就是樣本已經發生了,但你只針對其中的「符合觀察條件 (事件B)的一部份」,觀察這部份裡,「屬於事件A的,占多少」;
這樣,算作「已知事件B發生,則事件A發生的機率」= P(A|B)
但「蒙提霍爾問題」 裡面, 「主持人不開你選的那扇門」和「主持人不開有車的那扇門」, 並不是「你觀察的條件」,而是「樣本產生 (實驗操作) 的改變」。
觀察條件:
「你隨機選、主持人隨機開門,已知主持人打開的門是山羊」 ,則選擇「換」或不換,得到汽車的機率都是 1/2 — 像上面的圖所說明的。
操作改變:
「你隨機選、主持人不開你選的那扇、也不開有車的那扇」,則選擇「換」得到汽車的機率會是 2/3 (選「不換」則只有 1/3)
… … 真的嗎? 真的是差在這嗎?
如果你對我的說法有所懷疑,那你已經邁出了第一步了…… 但這還不夠,你要 試著把自己的念頭想完整!
不過,為了鼓勵你,這次就由我代勞吧:
我們就以最最基本的「一位母親,生了三個小孩」來作範例吧:
這樣有懂了嗎?
-- 必須是樣本已經產生了,但我「只 觀察 符合某些條件」的標的,才能用條件機率;-- 如果是樣本產生的過程,本身就有某些「操作改變」,那就不能算是條件機率。
如果我們以上面「毒蛙」的問題舉例,在「往後走的話,只能挑一隻舔」的設定下
「在A蛙是雄蛙的前提下 (條件機率)」你活命的機率其實是1/4 然而 「在你已知A蛙是雄蛙的前提下」,你活命的機率其實是 1/2
差別就在於,「以A蛙是雄蛙為條件」並不代表你就不會選A蛙。
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ps. 其實我自己也曾經堅持「換不換,機率都是 1/2」,甚至認為是維基寫錯……
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◎ 結語
我一向都認為,排列組合應該慢慢教、機率也應該慢慢教,但高中課綱的排定,實在是教太趕了……
「機率」的 現實應用問題,尤其是難題,良好的解說除了「這樣算會對」、「那樣算是錯的」之外,應該要能讓學習者知道
「為什麼不適用那個算法? 」
「如果要適用那個算法,問題會改成怎樣?」 (如果有辦法改的話)
教的人要有耐心、學的人也要夠積極 — 要把心中的念頭想下去、也要把面對到的思考困境想清楚。
有的學生會「插科打渾」,看似活潑,但 其實那是一種「逃避」的行為。
當你遇到了思考困難,你的腦袋跑出了一句:「說不定它是外星青蛙、雌雄同體啊!」
然後你把它說出來、笑一笑……你的腦袋就停止思考這個問題了,對吧。
大腦也是需要鍛煉的,想變聰明,就要讓自己沉澱下來、放輕鬆 (你可以去走廊晃晃),然後想下去。
學生有學生應盡的學習義務;而老師的責任,就是盡可能讓學生更輕鬆、更清楚地學會、內化知識、把知識帶走。
以上,跟大家介紹這兩個,網路上和機率有關的益智難題;希望大家都有學懂 排列組合 和 機率,而且能越學越聰明 ^^
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