随机赛程的最佳策略

引言
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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。
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) {, v: ~0 l0 f5 c问题


; E1 S- O5 @- n- W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？
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0 B4 v: q) c& ?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。
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$ @9 }7 ~7 r9 H* e% u7 k4 ^本文
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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。

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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; }9 Q/ N( B( V& d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。）
  T2 N  J8 r9 L/ N) s5 |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。）
4 _: |8 {. J5 A' u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。
" j+ f1 h' U% }- Y( ?3 |
5 }5 R8 F/ M7 i$ M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）。

# s5 X0 m& l1 J++,
+-++,-+++,
7 ]/ o  a8 v; g& a& P8 L, C+-+-++,+-+++,-++-++,-+-+++,
: @+ x$ ?* z/ _                                                                                                。
, _$ w  S; i1 K5 P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

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& w! ]* ^' s+ M: ^6 u
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2 z* n# X4 _2 \
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; i$ I  I5 c: j: F0 G

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。
; ?/ X9 V7 P0 d8 Q
6 t3 g# x6 I' J" K  ^++,+-+,
-+++,-++-+,（注意：甲第二次仅能下注 1 元）
-+-+++,-+-++-+,
                                 
, ,
                                                                                。

! a' x% l0 W" P, n仿上之计算，可得此时甲赢的机率为



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: m; O+ e4 ]6 E) }/ u



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 。
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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。

. S0 Z$ O0 \; F2 n; A' a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？
' B. m+ D/ @& D
. {$ N# Z4 j; R' {+ H' o* u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。
! y  n" o2 W2 X4 X. p. [' `; X

- u: t. e+ E2 o3 a% G- M0 I情况一：  
此时不论甲如何下注， 恒等于 c/(m+c)。
2 h! n) x/ m$ l6 w( Y/ m
情况二：  
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。
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情况三：
' ~, v/ P: V& S% `. L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 。

* }( n/ R0 p# e: h9 K! N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。
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2 B2 u" h; \/ }8 W* ?& O' e3 E! `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。
+ N; P$ g) s7 X$ l+ [+ g
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。

" R7 C) T1 l  h5 C6 Q
情况一：  
7 Z6 c- y, Z* r$ p& g& G; H. p5 A, r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

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) J% W1 s3 I( Q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)。
! [8 D: d; v0 x' f* n  \
情况二：  
令 q=1-p。此时对 ν 我们有方程式

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0 O5 s  E( c( I5 S# F$ h


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
# |! ~# Z. N0 {4 Q  v; u

$ q$ b$ C) e. e

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& x. |0 T& G) n7 g! w" t/ N
7 |' k- C; D# E# a7 o两边相加，并利用 、，得
& [+ M5 {9 C# S  E1 [" `) _5 x
' N0 V' b+ ^- y3 u, Y


' j5 i9 H, ?* ?& t
6 [' U* I" S. l0 u3 C4 X' l
7 f+ M" g2 v' i2 c) P' E7 {若取前 c 项相加，则得
) _) S- @# W* T
1 u" p7 Z0 S, m. h% T




情况三：  
仿二之解法，可求得



2 ~& g6 u( X/ G+ q


1 J$ q2 b$ @4 F: w) ?! h1 G' T
4 J- D( M) S6 `6 W1 @6 S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。
9 ?1 f& G" ]1 p  ^
4 `9 w  r( E* G4 Z+ I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。
5 e" L3 a1 H* B4 {! P, l. _$ V
" k4 a  z. Q4 i: w
1 \6 r5 k4 Q* ]# x1 n定理：
/ s. f5 B% X: t* K# u7 }* V6 T7 x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。
5 x5 j. a7 Q- \( v7 U7 |8 p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。
' j7 `* }/ t' p
现在我们就拿这定理来证明先前我们所下之结论。

# l/ \+ ^: X$ j, p0 t% d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， 。

4 J- E3 G' _$ |7 g5 b) y至于在情况二或三时，我们取 。此时若给定 Sn，则
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5 @6 Q' x: E) f  _


; ^& H5 c, J1 g
: A$ G% y3 G& O  r其中  为所下注之金额。利用
2 R5 I/ o" g+ l/ X7 M+ Y, X7 f$ Z


3 u: g* Z- [/ Y( c




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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  K& M* g9 }0 h5 @0 A



6 Q* ~+ R; i% L/ ]7 @$ n" F( N

" Z3 n) [$ i6 t/ L5 H, b/ `因此可得在情况二， 时，
/ Z8 k" k; l' r2 G% t8 {

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. t( y+ ^; Z. R0 w# j8 O


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$ |* e, S8 K8 f, ~; H. F而在情况三， 时，

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3 b' a, U0 I( M" J; i+ R  k; F4 p


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。

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。
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5 U6 J6 [/ S4 J9 x附录

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- P  `; e2 k2 ?4 M; k+ m# J. L, k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

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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！！！！！！！！！！