文 2566字 閱讀時間約 6分鐘 導語: 數(shù)學,是一項十分奇妙的思維活動。從曾經(jīng)蘇格拉底的蘋果林到現(xiàn)在秘書申請人的最佳匹配,甚至選擇最佳配偶的概率......數(shù)學將這些毫無關聯(lián)的活動用“37%”這個簡單的數(shù)字緊緊聯(lián)系在了一起。想知道為什么是“37%”嗎?請讀者們?yōu)g覽今天的文章尋找答案吧! 曾經(jīng)有這樣一個故事。蘇格拉底帶著他的一群學生去蘋果林,要求在每個人穿過蘋果林時挑選一只自己認為最大的蘋果,但是學生們不能回頭,也不能選擇多個蘋果。在終點集合時,學生們紛紛表示對自己的選擇不滿意。有的抱怨放棄了之前的大蘋果,有的抱怨選擇得太早,錯過了后面的大蘋果。然而,蘇格拉底語重心長地總結到:“這就是人生——一次無法重復的選擇“。但是,作為一名老師,蘇格拉底也許應該引導學生們,該怎么選擇? 圖片來源:pixabay.com/zh/illustrations/ 與”如何拿到最大的蘋果?“類似的問題還有很多,最著名的就是“秘書問題”。如果有n個申請者同時申請一個秘書職位,你作為人事經(jīng)理只能選擇一個錄取,并且不能吃回頭草,也就是說,在對每一個秘書候選人面試結束后,你只有兩個選擇:錄用此人,所有面試結束;請其回家,老死不相往來。在這種情況下,你應該用什么樣的錄取策略,才能最大化被錄取者在所有申請者里面最優(yōu)秀的概率呢? 圖片來源:flickr.com/photos/thedailyenglishshow/ 這類“最優(yōu)停止問題”(Optimal Stopping Problem)”看起來很難,不像有什么簡單的答案。但是,數(shù)學家們偏偏通過計算給出了一個數(shù):1/e,近似于37%。 - 這個數(shù)是什么意思呢?又是怎么樣推論出來的呢?- 當n足夠大時(比如 n = 100),最前面的 n/e 個申請者不管有多好都不錄取,也就是說面試的前(100/2.71828)人,即前37人,不錄用,僅供參考。在后面的面試中,只要有一個比前面申請者都優(yōu)秀的,就立即錄取。如果一直都沒有合適的申請者,就錄取最后一個申請者。通過以上策略所得出錄取者的最優(yōu)秀的概率也恰好等于1/e,近似于37%。 直覺上理解,前面的這 n/e 個申請者的作用在于“試水”,也就是先估測一下申請者整體的質量。在這之后,如果一個申請者比前面的人都優(yōu)秀,就說明TA有較高概率是所有申請者中最優(yōu)秀的人。 圖片來源:www.flickr.com/photos/thedailyenglishshow/ 具體來說,假設我們用前k個人來試水,那么得到最優(yōu)解的概率應該是 對一個固定的i來說,如果i是最好的申請者,那么TA被選中的概率就等于TA前面的申請者都被拒絕的概率。也就是說,只有當i-1個人里最優(yōu)秀的人恰好在前k個必須被拒的申請者中時,我們才可能等到第i個人。 圖片來源:graphicriver.net/writing-graphics/pg-8 我們注意到,n個人中,任一申請者最優(yōu)秀的概率都是1/n。同理,前i-1個人中,每個人最優(yōu)秀的概率都是1/(i-1),那么前k個人中出現(xiàn)了這個最優(yōu)秀的人的概率就是k/(i-1)。據(jù)此,我們可以把之前的最優(yōu)解概率寫為 你可能已經(jīng)認出來, 也就是第n個調和級數(shù)。在n足夠大時約等于 ln(n + 1),所以概率等于 注釋:調和級數(shù)(Harmonic series)是一個發(fā)散的無窮級數(shù)。調和級數(shù)是由調和數(shù)列各元素相加所得的和。(來自百度百科) 調和數(shù)列:正整數(shù)的倒數(shù)組成的數(shù)列。例如:1+1/2+1/3+......+1/n+......(來自百度百科) 下圖是n=100時,這個函數(shù)隨k的變化: 我們可以觀察到,這個函數(shù)在k為2-100時是個凸函數(shù),所以在其導數(shù)為0時就能取得最大值。由此,我們得到導函數(shù) 注釋:凸函數(shù)是指一個定義在某個向量空間的凸子集C(區(qū)間)上的實值函數(shù)。凸函數(shù)還有一個重要的性質:對于凸函數(shù)來說哦,局部最小值就是全局最小值。 所以能算出 也就是說,在 k = n/e 時得到的最優(yōu)選擇的概率最大。將 k = n/e 代入到概率的表達式中,可以得到 所以,錄取到最優(yōu)秀申請者的概率約等于1/e,近似于37%。 圖片來源:giphy.com/gifs/cheer-cheering |
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