为什么最直观的称法 6-6 不是最优的?在 6-6 称的时候,天平平衡的可能性是0,而最优策略应该是让天平每次称量时的概率均等,这样才能三等分答案的所有可能性。
具体怎么实施呢? 将球编号为1-12,采用 4, 4 称的方法。
我们先将 1 2 3 4 和 5 6 7 8 进行第1次称重。
如果第1次平衡,则坏球肯定在 9-12 号中。则此时只剩下 9-12 4个球,可能性为 9- 10- 11- 12- 9+ 10+ 11+ 12+ 这8种可能。接下来将 9 10 11 和 1 2 3称第2次:如果平衡,则 12 号小球为坏球,将12号小球与1号小球称第3次即可确认轻还是重。如果不平衡,则如果重了说明坏球重了,继续将9和10号球称量,重的为坏球,平衡的话则11为坏球。
如果第1次不平衡,则坏球肯定在 1-8号中。则还剩下的可能性是 1+ 2+ 3+ 4+ 5- 6- 7- 8- 或者 1- 2- 3- 4- 5+ 6+ 7+ 8+,如果是1 2 3 4 这边重,则可以将 1 2 6 和 3 4 5 称,如果平衡,则必然是 7 8 轻了,再称一次7和1,便可以判断7和8哪个是坏球了。如果不平衡,假定是 1 2 6 这边重,则可以判断出 1 2 重了或者 5 轻了,为什么呢?因为如果是3+ 4+ 6-,则 1 2 3 4 比 5 6 7 8 重,但是 1 2 6 应该比 3 4 5 轻。其他情况同理,最多3次即可找出坏球。
下面这个图更加清晰说明了这个原理。
2)生男生女问题题: 在重男轻女的国家里,男女的比例是多少?在一个重男轻女的国家里,每个家庭都想生男孩,如果他们生的孩子是女孩,就再生一个,直到生下的是男孩为止。这样的国家,男女比例会是多少?
解: 还是1:1。在所有出生的第一个小孩中,男女比例是1:1;在所有出生的第二个小孩中,男女比例是1:1;.... 在所有出生的第n个小孩中,男女比例还是1:1。所以总的男女比例是1:1。
3)约会问题题: 两人相约5点到6点在某地会面,先到者等20分钟后离去,求这两人能够会面的概率。
解: 设两人分别在5点X分和5点Y分到达目的地,则他们能够会面的条件是 |X-Y| <= 20,而整个范围为 S={(x, y): 0 =< x <= 60, 0=< y <= 60},如果画出坐标轴的话,会面的情况为坐标轴中表示的面积,概率为 (60^2 - 40^2) / 60^2 = 5/9。
4)帽子问题题: 有n位顾客,他们每个人给餐厅的服务生一顶帽子,服务生以随机的顺序归还给顾客,请问拿到自己帽子的顾客的期望数是多少?
解: 使用指示随机变量来求解这个问题会简单些。定义一个随机变量X等于能够拿到自己帽子的顾客数目,我们要计算的是 E[X]。对于 i=1, 2 ... n,定义 Xi =I {顾客i拿到自己的帽子},则 X=X1+X2+...Xn。由于归还帽子的顺序是随机的,所以每个顾客拿到自己帽子的概率为1/n,即 Pr(Xi=1)=1/n,从而 E(Xi)=1/n,所以E(X)=E(X1 + X2 + ...Xn)= E(X1)+E(X2)+...E(Xn)=n*1/n = 1,即大约有1个顾客可以拿到自己的帽子。
5)生日悖论题: 一个房间至少要有多少人,才能使得有两个人的生日在同一天?
解: 对房间k个人中的每一对(i, j)定义指示器变量 Xij = {i与j生日在同一天} ,则i与j生日相同时,Xij=1,否则 Xij=0。两个人在同一天生日的概率 Pr(Xij=1)=1/n 。则用X表示同一天生日的两人对的数目,则 E(X)=E(∑ki=1∑kj=i+1Xij) = C(k,2)*1/n = k(k-1)/2n,令 k(k-1)/2n >=1,可得到 k>=28,即至少要有 28 个人,才能期望两个人的生日在同一天。
6)概率逆推问题题: 如果在高速公路上30分钟内看到一辆车开过的几率是0.95,那么在10分钟内看到一辆车开过的几率是多少?(假设常概率条件下)
解: 假设10分钟内看到一辆车开过的概率是x,那么没有看到车开过的概率就是1-x,30分钟没有看到车开过的概率是 (1-x)^3,也就是 0.05。所以得到方程 (1-x)^3 = 0.05 ,解方程得到 x 大约是 0.63。
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