scholar_vit (scholar_vit) wrote,
scholar_vit
scholar_vit

Category:

О мальчиках, девочках и теореме Байеса

Использование векторной алгебры позволяет многие задачи синтетической геометрии решать "автоматически". Вместо нетривиальных рассуждений ad hoc мы тупо пишем уравнения, упрощаем и получаем ответ. Что, возможно, и не так красиво, зато эффективно. Аналогично можно сравнить школьную алгебру и школьную арифметику образца 19 века (последнюю уже и не преподают толком в обычной школе: зачем, если все эти задачи про купцов и цыбики чая значительно упрощаются с введением иксов и игреков?).

Мне иногда кажется, что применение теоремы Байеса позволяет аналогичным образом "автоматизировать" многие задачи элементарной теории вероятностей. В качестве иллюстрации я приведу два решения одной задачи: классическое и байесовское.

Задача взята в фейсбуке Кости Кнопа; так как в комментариях уже есть ответы, я позволю себе привести тут решение - точнее, два решения.

Задача

Два мальчика (логическая задача)

Вы наверняка слыхали про вероятностную задачу "У мистера Брауна два ребенка, хотя бы один из них мальчик. Какова вероятность, что оба ребенка - мальчики". Классика. Ответ в ней 1/3, если вдруг кто позабыл. [Для дотошных и въедливых. Рассматриваются все семьи с двумя детьми, среди которых есть хотя бы один мальчик. Какую долю из них составляют семьи с двумя мальчиками?]

А теперь - намного менее известная вариация (придуманная 3-4 года назад). "У мистера Грина два ребенка. Один из них - мальчик, родившийся в среду. Какова вероятность того, что оба ребенка - мальчики?"

При решении этой задачи вероятность рождения детей в каждый день недели следует считать одинаковой, вероятности рождения мальчика и девочки считать одинаковыми, рождением близнецов пренебречь и т.п. В общем - чистая логика и чистый теорвер.

Прежде чем решать, попробуйте прикинуть ответ, а потом сравните свою прикидку с ответом, полученным вами в результате вычислений. Ну и поделитесь результатами прикидок, пожалуйста.

Я буду рассматривать ниже "неделю" из k дней. При k=1 мы получаем задачу про мистера Брауна, при k=7 - про мистера Грина, при k=365 - задачу "По крайней мере один из детей мистера Блю - мальчик, рожденный 1 апреля".

Классическое решение

[Spoiler (click to open)]

Подсчитаем сначала вероятность того, что в семье есть девочка.

Пусть в мальчик, родившийся в среду - старший ребенок. Тогда для второго ребенка у нас 2k вариантов (мальчик родился в понедельник, девочка родилась в понедельник, мальчик родился во вторник...), из них k - девочки. Аналогично мы имеем 2k и k вариантов для старшего ребенка, если мальчик, родившийся в среду - младший. На первый взгляд кажется, что вероятность девочки (k+k)/(2k+2k). Но на самом деле мы в знаменателе один вариант подсчитали дважды: когда в семье два мальчика, и при этом каждый родился в среду. Поэтому истинная вероятность того, что в семье есть девочка, (k+k)/(2k+2k-1) = 2k/(4k-1). Значит, вероятность того, что оба ребенка - мальчики, 1-2k/(4k-1) = (2k-1)/(4k-1). При k=1 это 1/3, при k=7 это 13/27, а в пределе при большом k получается 1/2.

Байесовское решение

Я слегка переформулирую задачу в духе байесовского подхода. У нас есть прибор, который чувствует мальчиков по запаху, но плохо. Если к прибору подходит мальчик, то лампочка прибора загорается с вероятностью 1/k (и уже не тухнет, пока ее не выключить). Когда к прибору подошли два ребенка Гринов, лампочка загорелась, но мы не успели заметить, после какого именно ребенка это произошло. Какова апостериорная вероятность того, что они оба - мальчики?

[Spoiler (click to open)]

Пусть событие M2 - то, что у Гринов два мальчика, а событие L - то, что лампочка загорелась. Тогда теорема Байеса говорит, что P(M2|L) = P(L|M2)P(M2)/P(L).

Априорная вероятность того, что оба ребенка - мальчики, P(M2)=1/4. Если известно, что ребенок - мальчик, то лампочка, когда он подойдет к прибору, не загорится с вероятностью 1-1/k, а если пол неизвестен, то с вероятностью 1-1/(2k). Отсюда P(L) = 1 - [1-1/(2k)]^2, P(L|M2) = 1 - (1-1/k)^2. После простых преобразований получаем P(L|M2) = (2k-1)/(4k-1).

Только ли мне кажется, что первое решение красивее, но второе эффективнее и в чем-то проще? И верно ли, что в преподавании теории вероятностей педагогически правильно как можно раньше вводить байесовский подход?

Tags: knop, mathematics, problems, teaching
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 45 comments