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數學故事問題

故事 時間:2021-08-31 手機版

  這是一幫亡命之徒,在海上搶人錢財,奪人性命,干的是刀頭上舔血的營生。在我們的印象中,他們一般都瞎一只眼,用條黑布或者講究點的用個黑皮眼罩把壞眼遮上。他們還有在地下埋寶的好習慣,而且總要畫上一張藏寶圖,以方便后人掘取。不過大家是否知道,他們是世界上最民主的團體。參加海盜的都是桀驁不馴的漢子,是不愿聽人命令的,船上平時一切事都由投票解決。船長的唯一特權,是有自己的一套餐具——可是在他不用時,其他海盜是可以借來用的。船上的唯一懲罰,就是被丟到海里去喂魚。

數學故事問題

  現在船上有若干個海盜,要分搶來的若干枚金幣。自然,這樣的問題他們是由投票來解決的。投票的規則如下:先由最兇猛的海盜來提出分配方案,然后大家一人一票表決,如果有50%或以上的海盜同意這個方案,那么就以此方案分配,如果少于50%的海盜同意,那么這個提出方案的海盜就將被丟到海里去喂魚,然后由剩下的海盜中最兇猛的那個海盜提出方案,依此類推。

  我們先要對海盜們作一些假設。

  1)每個海盜的兇猛性都不同,而且所有海盜都知道別人的兇猛性,也就是說,每個海盜都知道自己和別人在這個提出方案的序列中的位置。另外,每個海盜的數學和邏輯都很好,而且很理智。最后,海盜間私底下的交易是不存在的,因為海盜除了自己誰都不相信。

  2)一枚金幣是不能被分割的,不可以你半枚我半枚。

  3)每個海盜當然不愿意自己被丟到海里去喂魚,這是最重要的。

  4)每個海盜當然希望自己能得到盡可能多的金幣。

  5)每個海盜都是現實主義者,如果在一個方案中他得到了1枚金幣,而下一個方案中,他有兩種可能,一種得到許多金幣,一種得不到金幣,他會同意目前這個方案,而不會有僥幸心理。總而言之,他們相信二鳥在林,不如一鳥在手。

  6)最后,每個海盜都很喜歡其他海盜被丟到海里去喂魚。在不損害自己利益的前提下,他會盡可能投票讓自己的同伴喂魚。

  現在,如果有10個海盜要分100枚金幣,將會怎樣?

  要解決這類問題,我們總是從最后的情形向后推,這樣我們就知道在最后這一步中什么是好的和壞的決定。然后運用這個知識,我們就可以得到最后第二步應該作怎樣的決定,等等等等。要是直接就從開始入手解決問題,我們就很容易被這樣的問題擋住去路:“要是我作這樣的決定,下面一個海盜會怎么做?”以這個思路,先考慮只有2個海盜的情況(所有其他的海盜都已經被丟到海里去喂魚了)。記他們為p1和p2,其中p2比較兇猛。p2的最佳方案當然是:他自己得100枚金幣,p1得0枚。投票時他自己的一票就足夠50%了。往前推一步。現在加一個更兇猛的海盜p3。p1知道——p3知道他知道——如果p3的方案被否決了,游戲就會只由p1和p2來繼續,而p1就一枚金幣也得不到。所以p3知道,只要給p1一點點甜頭,p1就會同意他的方案(當然,如果不給p1一點甜頭,反正什么也得不到,p1寧可投票讓p3去喂魚)。所以p3的最佳方案是:p1得1枚,p2什么也得不到,p3得99枚。

  p4的情況差不多。他只要得兩票就可以了,給p2一枚金幣就可以讓他投票贊同這個方案,因為在接下來p3的方案中p2什么也得不到。p5也是相同的推理方法只不過他要說服他的兩個同伴,于是他給每一個在p4方案中什么也得不到的p1和p3一枚金幣,自己留下98枚。

  依此類推,p10的最佳方案是:他自己得96枚,給每一個在p9方案中什么也得不到的p2,p4,p6和p8一枚金幣。

  下面是以上推理的一個表(y表示同意,n表示反對):

  現在我們將海盜分金問題推廣:

  1)改變一下規則,投票中方案必須得到超過50%的票數(只得到50%票數的方案的提出者也會被丟到海里去喂魚),那么如何解決10個海盜分100枚金幣的問題?

  2)不改變規則,如果讓500個海盜分100枚金幣,會發生什么?

  3)如果每個海盜都有1枚金幣的儲蓄,他可以把這枚金幣用在分配方案中,如果他被丟到海里去喂魚,那么他的儲蓄將被并在要分配的金幣堆中,這時候又怎樣?

  通過對規則的細小改變,海盜分金問題可以有許多變化,但是最有趣的大概是1)和2)(規則仍為50%票數即可)的情況,本帖只對這兩種情況進行討論。

  首先考慮1)。現在只有p1和p2的情形變得對p2其糟無比:1票是不夠的,可是就算他把100枚金幣都給p1,p1也照樣會把他丟到海里去。可是p2很關鍵,因為如果p3進行分配方案的話,即使他一枚金幣也不給p2,p2也會同意,這樣一來p3就有p2這張鐵票!p3的最佳方案就是:獨吞100枚金幣。


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