随机赛程的最佳策略

引言

6 f3 \" c; {! P7 ^: p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。

) R. z' Y6 k; X! \0 H问题


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？

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。
$ Z5 s( I+ B! I, Q$ h; C5 Y
" e( I% A$ Y2 w5 s% Z1 V" c7 R/ O本文
2 Y  H$ Q% f/ t+ |& U7 N1 m8 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。
# ?3 v: K# r2 Q4 ]' P8 K
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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  U4 Y+ b& _" E/ n/ ?: t  e6 R. v
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。）
7 y; m5 C- T4 k% U% n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。

& O9 P; m  @$ O" Y# J1 U4 ?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）。
% C. R( a6 D$ K8 G; i' D& s7 ]5 [
++,
9 h+ ?' K+ g4 D% ]& G  I+-++,-+++,
; }6 s/ C/ X, q% k8 G+-+-++,+-+++,-++-++,-+-+++,
                                                                                                。
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


1 s$ k% W! i/ N4 s: X


: V7 G$ D) D$ `) l. Q
9 \1 L: c$ x1 p) v4 Z
# w* M9 g: x" Y

  }- P% S$ n# h
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。
% o- G! ^" ]4 M' E# E, X
++,+-+,
-+++,-++-+,（注意：甲第二次仅能下注 1 元）
$ a; g* s& T! c-+-+++,-+-++-+,
                                 
, ,
                                                                                。

1 m  S5 O: ~9 x仿上之计算，可得此时甲赢的机率为
1 o" [3 i$ {" ]/ d* ^

% T1 F# R1 }2 m5 ~( y, g( e! \
; ?% s0 P7 V9 w, k/ Z1 J



. \1 n% p: K4 g4 z# c, X& l- t0 x
, v; \' K9 H2 D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 。

6 F1 q  B' [0 c8 W' z: u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。

) j: A2 r* r7 f. u* P7 ^. Z3 w  O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？
. L0 @: g3 p3 K! J7 ]6 u( V
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。


情况一：  
, E6 h4 ?6 z3 R. V此时不论甲如何下注， 恒等于 c/(m+c)。

情况二：  
5 B( L; t# V. L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。

9 ^# d; K1 k$ `5 Q( M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 。
4 V! E& Z; ?, |8 q2 x; M9 V
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。

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。

$ Q  Y. K, P1 [* a3 B2 h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。


9 f8 @  I; P* A+ x$ U- U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

8 U$ |9 `& x! }3 s8 Z

" h7 ?- m6 v6 \% }6 g
" M; @1 j& |6 w9 J

# ?0 K% V, ]% ^! B& N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)。

情况二：  
令 q=1-p。此时对 ν 我们有方程式
! {3 x* n' _2 E- ]

2 k2 H' Z/ U* c6 l6 t
, D$ m2 R2 ^4 E" o
2 I, Q, j! g" l6 M& 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。
利用p+q=1，上组方程式可改写为

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4 c4 f( D" A( G/ s  ?3 B# w
两边相加，并利用 、，得

6 J9 w+ F2 e: j8 N6 v1 s! {

: I  x7 `/ _! P# f" T
  m! W1 R# y2 ]! u( P! u* h! a/ ^7 q
4 Y+ F, w: k, b. j; ^* M
$ y$ P4 g+ s  w/ e若取前 c 项相加，则得
3 }( f: {  }# Z  C0 [

: X; I/ l$ M$ g; X6 T



情况三：  
3 n5 y$ N, i% z5 u. ?* ~6 d* n仿二之解法，可求得

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1 y0 Z. n# |& \# C, a/ K

  W" @0 B2 |% [, Y" f  Y
8 h1 n! S' g6 K6 T! v

" G: K1 ~& J7 q6 h, N& j! v6 q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。

! N4 g1 s% P4 A9 h  C6 `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。


定理：
; x) ?3 ]- }' L' n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。

现在我们就拿这定理来证明先前我们所下之结论。
1 j' t9 \: X7 k+ U
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
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其中  为所下注之金额。利用
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3 k1 u5 \1 ^( d# s9 u) W- C/ N. m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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因此可得在情况二， 时，
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$ t$ ^6 Z* X2 x) |: ~而在情况三， 时，

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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。
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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。

8 |6 Q+ Y! C5 a/ ?0 ?' M% I附录
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& P3 x" b. \5 ~9 d# K
' H3 `6 S+ n) y2 A+ V' U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/ ?2 R$ _4 c5 G$ F0 @# q1 n, [
9 ^' m: t) u- }; o9 Z
% k3 M- T( Q) S  t+ ?* G

1 y: K( N* A1 w% C  s( M- F9 {
. G. m  `% W! `2 P. w
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6 V" Y- M. ~6 }/ H* D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！！！！！！！！！！