抛硬币是一个典型的独立事件。即使硬币连续十次出现反面,下一次出现正面和反面的概率仍然各为50%。
认为连续出现反面后,正面出现的概率会增大,这就是赌徒谬误。与之相反的是手热谬误,例如认为连续投进五个三分球后,下一个三分球命中率会更高。
这两种谬误的根源在于错误地将独立事件关联起来,认为之前的结果会影响未来的概率。
为了验证这种错觉,可以用程序模拟抛硬币实验。生成大量的随机二进制数,其中0代表正面,1代表反面。
统计前十位都是1(即连续十次反面)的二进制数中,第11位是0和1的次数和概率。结果会显示,第11位出现0和1的概率仍然接近50%。
有人可能会质疑,连续出现十个1后,为了符合大数定律,下一次出现0的概率不应该更大吗? 其实,大数定律的重点在于“大数”。只观察前十位的结果,样本量太小,不足以体现大数定律的效果。
在大样本范围内,0和1出现的概率才会趋于平衡。
可以将每次抛硬币想象成产生两个平行时空,分别对应正面和反面。连续抛出十次反面只是恰好选择了众多平行时空中的一个。
至于下一次平行时空如何分裂,与之前的选择无关。
古典概型与几何概型的局限性上述抛硬币的例子属于古典概型。古典概型要求所有可能发生的事件数量有限,且每个事件发生的可能性相等。
古典概率的计算公式为 P = M/N,其中M是目标事件的个数,N是所有基本事件的总数。
然而,对于拥有无限多面的硬币或骰子,古典概型无法计算概率,因为分母N变成了无穷大。为了解决这个问题,可以引入几何概型,将概率问题转化为几何问题。
例如,计算飞镖投中靶心的概率,可以用靶心的面积比上靶面的面积。
无论是古典概型还是几何概型,都要求每种情况出现的可能性相等,即等可能性原则。在实际应用中,这个条件往往难以满足,甚至有时会不自觉地使用无差别原则(即同等无知原则)。
无差别原则认为,如果对某些事件没有任何区分依据,则它们的概率相等。
伯特兰悖论与无差别原则的陷阱伯特兰悖论就是一个滥用无差别原则导致的经典案例。问题是:在一个圆内内接一个等边三角形,随机取圆上的一条弦,弦长大于正三角形边长的概率是多少?
这个问题有三种不同的解法,分别得到1/2、1/3和1/4三种不同的概率。造成这种差异的原因在于问题描述不够清晰,导致对“随机取弦”的理解不同。
这三种解法都使用了无差别原则,但由于对“随机”的定义不同,导致结果不同。
无差别原则的滥用还会导致其他悖论。例如,假设对一颗遥远行星一无所知,那么这颗行星上存在生命的概率是多少?根据无差别原则,存在或不存在两种可能性相等,因此概率为1/2。
类似地,存在植物和动物的概率也分别为1/2。那么,既不存在植物也不存在动物的概率为1/4。
因此,存在生命的概率变为1 - 1/4 = 3/4,与之前的1/2矛盾。
概率的公理化体系伯特兰悖论和无差别原则的陷阱表明,经典概率论对概率的定义不够明确。1933年,柯尔莫哥洛夫提出了概率的公理化体系,使概率论像几何和代数一样具有了严密的逻辑基础。
结语:概率与认知的边界从赌徒谬误到伯特兰悖论,这些概率的陷阱揭示了人类认知的局限性。我们倾向于用已知的经验和简单的规则去理解不确定性,却常常忽略了概率的复杂性和微妙之处。
无差别原则的滥用,更是突显了我们在面对未知时的无力和自以为是。概率不仅是数学工具,更是理解世界和自身认知边界的一面镜子。
真正的智慧,或许在于承认自己的无知,并不断探索概率背后的真相。