那 些 回 忆 丶 挥 之 不 去 Cnblogs Pandaman Dashboard

利用 random 与 tertools 模块解决概率问题

Python 中的 random 与 tertools 模块可以得到伪随机数与排列、组合,下面利用这两个模块求解一些有趣的概率问题。

一、random 与 tertools 模块

random 模块常用函数:

  • random():返回一个位于区间 [0,1] 内的实数;
  • uniform(a, b):返回一个位于区间 [a,b] 内的实数;
  • randint(a, b):返回一个位于区间 [a,b] 内的整数;
  • choice(sequence):返回一个位于 sequence 中的元素,其中,sequence 为一个有序序列,如 list、string 或者 tuple 等类型;
  • randrange([start], stop[, step]):等效于 choice(range([start], stop[, step]))
  • shuffle(sequence [, random]):无返回值,用于打乱 sequence 中元素的排列顺序;
  • sample(sequence, n):返回一个由 n 个 sequence 中的元素组成的分片,其中,sequence 也可以是 set 类型。

itertools 模块常用函数:

  • permutations(sequence, k)):从序列 sequence 中得到包含 k 个元素的所有排列。
  • combinations(sequence, k)):从序列 sequence 中得到包含 k 个元素的所有组合。

二、概率趣题

每当网上有人发布与条件概率悖论相关的帖子时,总会引来无数旁人的围观与争论,五花八门的分析乍看像模像样,实则让人晕头转向。现在我不去理论分析计算,只根据概率论中的 大数定律,利用计算机重复模拟事件,最终求出问题的准确答案(尽管有可能自己并不理解背后的道理)。

1、羊车门问题

有一个抽奖节目,台上有三扇关闭的门,一扇门后面停着汽车,其余门后都是山羊,只有主持人知道每扇门后面是什么。参赛者可以选择一扇门,在开启它之前,主持人会开启另外一扇门,露出门后的山羊,然后允许参赛者更换自己的选择。问题是:参赛者更换选择后能否增加赢得汽车的机会?

该问题的 Python 3.x 解答程序如下:

from random import *

def once(doors = 3):		# 一次事件的模拟
	car = randrange(doors)	# 一扇门后面停着汽车
	man = randrange(doors)	# 参赛者预先选择一扇门
	return car == man	# 参赛者是否最初就选择到车

h = 0	# 坚持选择赢得汽车的次数                    
c = 0	# 改变选择赢得汽车的次数 
times = int(1e6) # 重复实验的次数

for i in range(times): 
	if once():	h += 1
	else:		c += 1

print("维持选择:",h/times*100,"%\n改变选择:",c/times*100,"%")

维持选择: 33.268 %
改变选择: 66.732 %

2、姊妹花

一个家庭中有两个小孩,已知其中一个是女孩,求另一个小孩也是女孩的概率。

from random import * # 0 表示女孩,1 表示男孩

family = (lambda n :[{randrange(2),randrange(2)} for i in range(n)])(int(1e6))

both = family.count({0})                # 都是女孩的家庭数
exist = len(family) - family.count({1}) # 有女孩的家庭数

print(both/exist)

0.33332221770186543

没有那些深奥的分析过程,寥寥数行代码就得到了问题的答案,想必这也是计算机引入数学计算与证明的好处。

3、生日悖论

每个人都有生日,偶尔会遇到与自己同一天过生日的人,但在生活中这种缘分似乎并不常有。我们猜猜看:在 50 个人当中出现这种缘分的概率有多大,是 10%、20% 还是 50%?

from random import *

counter, times = 0, int(1e6)
for i in range(times):
	if len({randrange(365) for i in range(50)}) != 50: # 存在同一天生日的人
		counter += 1

print('在 50 个人中有相同生日的概率为:',counter/times)

在 50 个人中有相同生日的概率为: 0.970109

在 50 个人中有相同生日的概率高达 97%,这个数字恐怕高出了绝大多数人的意料。我们没有算错,是我们的直觉错了,科学与生活又开了个玩笑。正因为计算结果与日常经验产生了如此明显的矛盾,该问题被称为「生日悖论」,它体现的是理性计算与感性认识的矛盾。

4、扑克牌问题

概率论给我们带来了很多匪夷所思的反常结果,条件概率尤其如此。譬如:

  1. 四个人打扑克,其中一个人说,我手上有一个 A。请问他手上有不止一个 A 的概率是多少?
  2. 四个人打扑克,其中一个人说,我手上有一个黑桃 A。请问他手上有不止一个 A 的概率又是多少?
from random import *

cards = [i for i in range(52)]
counter = [0, 0, 0, 0]

def once():           # 0 表示黑桃 A
	global cards
	ace = set(sample(cards, 13)) & {0,1,2,3}
	return len(ace), 0 in ace

for i in range(int(1e6)):
	a, s = once() # a 表示 A 的个数, s 表示是否有黑桃 A
	if a:
		counter[1] += 1
		if s:	counter[3] += 1
	if a > 1:
		counter[0] += 1
		if s:	counter[2] += 1

print('情况一:', counter[0]/counter[1], '\n情况二:', counter[2]/counter[3])

情况一: 0.3694922900321386 
情况二: 0.5613778028656186

有趣的事情出来了:如果这个人宣布了手中 A 的花色,他手中持有多个 A 的概率竟然会大大增加。可这又该如何理解呢?