网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

最反直觉的一个数学谜题,即使告诉你答案,你也会感到很不可思议

0
分享至



有一个数学谜题非常违反直觉,即使你知道答案,你也会觉得很不可思议。这篇文章,我将深入挖掘这个数学谜题并完全解释它。

假设有100名囚犯,编号为1到100。



在100个纸条上写着他们每个人的号码,即1-100,



把这些号码随机放在一个房间的100个盒子里,盒子也从1-100编号。每个囚犯一个接一个地进入房间,打开100个盒子中的任意50个,寻找他们的号码。之后,他们必须离开房间,离开房间后,不能以任何方式与其他囚犯沟通。

如果所有100名囚犯都能找到自己的号码,他们都将被释放。但如果有人没有找到他的号码(即使只有一个没找到),他们都将被处决。

囚犯们可以在他们进入房间前制定策略。那么他们最好的策略是什么?

如果他们每个人随机寻找自己的号码,那么每个囚犯找到自己号码的概率是50%。因此,100名囚犯都找到他们的号码的概率是



这个结果等于,



但如果我告诉你,用正确的策略,可以将他们的生存机会提高到近三分之一,也就是提高了近30个数量级。你一定会感到惊讶。我来告诉你这个策略。

这个方法(策略)涉及数学的一个令人难以置信的特征。如果你想不到也很正常,毕竟提出这个谜题的人——计算机科学家彼得·布罗·米尔特森,也没有独立想到。后来,(在别人指点下)米尔特森在一篇论文中公布了答案。



下面是囚犯们的逃生策略:



假设你是其中一名囚犯(假设编号是50),当你进入房间时,打开编号是你号码的盒子(即50号盒子),里面的纸条上的号码可能不是你的(假设是99),但这没关系,转到99号盒子,看看里面的号码(69),然后转到69号盒子,依此类推。一直这样做,直到找到带有你号码的纸条。

如果你找到了你的号码,那么,根据盒子里的内容(50),你要回到开始时的盒子(50号),这样就形成了一个循环。



这个简单的策略使得所有囚犯找到他们的号码的概率超过30%。但是这里的数学原理是什么?

首先要注意的是所有的盒子都会成为一个封闭的循环。最简单的循环是,一个盒子的编号与这个盒子里纸条的号码是一样的,比如50号盒子里纸条上的号码是50。

如果你是1号囚犯,那么你就去1号盒子,它里面有1号纸条,那你就成功了。你的号码是一个长度为1的循环;



但也可能是一个长度为2的循环,比如说1号盒子指向7号盒子,而7号盒子又指回1号盒子。



或者可能是一个长度为3的循环,或者4,或者5,或者任意长度,一直到100。最长的循环会将所有数字连接成一个单一的循环。但更一般地说,任意随机排列这些盒子里的纸条将产生一些较短和较长循环的混合。

当你从一个贴有你号码的盒子开始时,你一定会在一个循环上。



所以决定你能否找到你的号码的关键是循环的长度。如果你的号码在一个长度小于50的循环上,那么你肯定会找到你的号码。但是,如果你的号码是一个长度为51或更长的循环的一部分,那么,你搜索50个盒子,是找不到你的号码的。

当你打开贴有你号码的盒子时,你实际上是从离你号码最远的循环点开始的。你想知道指向这个盒子的纸条在哪里,你必须沿着数字循环,一直走到尽头。

这意味着,如果囚犯们遵循这个策略,并且最长的循环是51,那么不仅仅是一两个囚犯无法找到他们的号码,而是这个循环上的所有51个人都无法找到。

所以,所有囚犯成功的概率,是随机排列的一百个数字不包含长度超过50的循环的概率。这个概率为三分之一左右,但是我们如何计算呢?

计算概率

想象一下把所有不同的情况写下来,可以是100个盒子以形成一个长度为100的循环,这样的情况是:盒子1指向盒子2,盒子2指向盒子3,盒子3指向盒子4,依此类推,一直到100,然后盒子100会指回盒子1;



或者可以是随机的,盒子5指向盒子99再指向盒子17等等,最后一个是63,盒子63指回盒子5。



那么这一百个盒子的不同排列组合有多少种?

对于第一个盒子,有100个不同的盒子可以选择(指向);第二个盒子,因为已经用了一个,所以只能从99个盒子中挑选;接下来的一个,可以从98个盒子中挑选,依此类推,直到最后一个盒子。



所以不同排列组合的总数将是100乘以99,乘以98,乘以97,一直乘到1。这是100的阶乘。有100阶乘种不同的方法创建一个长度为100的盒子循环。

但是我们不能忘记这些不是数字线,而是循环。所以下面这些看起来不同的情况,实际上是相同的循环。



所以长度为100的循环的总数是100阶乘除以100。



那么任何随机排列的100个盒子,包含长度为100的循环的概率是多少?显然,答案是1/100。这是一个普遍的结果,长度为99的循环的概率是1/99。长度为98的循环的概率是1/98。因此,长度超过50的循环的概率是,





囚犯有69%的失败概率,这意味着成功的概率为31%。难以置信吧!使用循环策略,100个囚犯找到他们的号码的可能性,比仅仅是两个囚犯随机选择的概率还要大。



那么使用循环策略,每个囚犯单独找到他们的号码的概率是多少?每个囚犯仍然只能打开一半的盒子,所以他们个人的机会仍然是1/2,但这些概率,不再彼此独立。

想象一下,这个实验重复了一千次。如果每个人都是随机猜测,你会期望在大多数情况下约有50个囚犯会找到他们的号码。但使用循环策略,所有囚犯有31%的概率会找到他们的号码。而69%的概率,少于50人找到他们的号码。囚犯们要么一起赢,要么大多数人一起输。



但是,如果有一个恶意的狱警,知道了囚犯们的这个循环策略怎么办?那么,他们可以把数字放在盒子里,以确保它们形成一个长度超过50的循环。在这种情况下,囚犯们注定要失败吗?

令人惊讶的是,答案是否定的。他们可以通过重新编号盒子来反击。例如,他们可以给每个盒子的编号加上5。循环是由纸条的位置和盒子编号共同决定的。重新编号盒子基本上等同于重新分配纸条。因此,问题又回到了随机循环的排列组合上,这意味着囚犯们仍然有31%的生存机会。

现在,如果增加囚犯的数量会发生什么呢?

当有1000名囚犯,每人允许打开500个盒子时,你可能会认为他们成功的机会会大幅下降,但是通过计算,结果是30.74%,



比100名囚犯只低了半个百分点。对于100万名囚犯,成功的概率是30.685%,



这比10亿人的概率只高一点。所以,成功的概率的确会接近一个极限。那么这个极限是什么呢?

我们一直在使用的公式是1减去失败的概率,即



我们可以将这个级数表示为矩形的面积和,



并且有一条曲线,



所以要求得失败的概率,我们只需取1/X的积分,从n到2n,



这个积分的结果是ln2。那么成功的概率就是1-ln2,约为30.7%。无论有多少囚犯,使用这种策略,成功的概率都超过30%,

循环策略的美妙之处在于将每个人的结果联系在一起,而不是让每个囚犯走进去各自为战。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
金融圈突发!吴世群,主动投案

金融圈突发!吴世群,主动投案

中国基金报
2026-11-12 22:37:02
男子花30万闪婚22天后新娘就跑了,案件一审宣判:女子犯诈骗罪获刑3年6个月,当庭表示上诉

男子花30万闪婚22天后新娘就跑了,案件一审宣判:女子犯诈骗罪获刑3年6个月,当庭表示上诉

极目新闻
2026-11-12 17:59:09
高,实在是高!曹云金何沄伟疑回应郭德纲拜马志明当“义父”,搭配东北风味歌曲《做人别忘本》

高,实在是高!曹云金何沄伟疑回应郭德纲拜马志明当“义父”,搭配东北风味歌曲《做人别忘本》

裕丰娱间说
2026-11-12 17:17:07
亲人病危,男子打顺风车从上海回江苏,距目的地20公里时被甩;投诉后司机发短信嘲讽“是没送到你家坟头吗”,平台:永久封禁

亲人病危,男子打顺风车从上海回江苏,距目的地20公里时被甩;投诉后司机发短信嘲讽“是没送到你家坟头吗”,平台:永久封禁

极目新闻
2026-11-12 08:15:18
重磅!曼联已解雇45岁卡里克+正式通知 转正仅5个月 带队8轮不胜

重磅!曼联已解雇45岁卡里克+正式通知 转正仅5个月 带队8轮不胜

我爱英超
2026-11-12 17:53:19
全球最大资产管理集团贝莱德:坐拥15.5万亿美元只有1%投向了中国市场!

全球最大资产管理集团贝莱德:坐拥15.5万亿美元只有1%投向了中国市场!

城事堂
2026-11-12 15:12:38
外媒称黄乐目前正在北京,外交部发言人公开表示:不了解你提到的有关情况,但是中方在美国输华芯片问题上的立场是一贯的

外媒称黄乐目前正在北京,外交部发言人公开表示:不了解你提到的有关情况,但是中方在美国输华芯片问题上的立场是一贯的

吉刻新闻
2026-11-12 21:24:28
西北工业大学购买了两颗英伟达H200芯片,外媒却急了,他们在担心什么?

西北工业大学购买了两颗英伟达H200芯片,外媒却急了,他们在担心什么?

DeepAuto车探
2026-11-12 17:38:24
俄首席谈判代表:俄方拒绝任何领土交换,俄军踏足之处皆属俄罗斯

俄首席谈判代表:俄方拒绝任何领土交换,俄军踏足之处皆属俄罗斯

碳基生物关怀组织
2026-11-12 16:07:33
1979年,中央下令抓捕许世友次子许建军!许世友闻讯罕见震怒强硬表态

1979年,中央下令抓捕许世友次子许建军!许世友闻讯罕见震怒强硬表态

磊子讲史
2026-11-11 14:13:19
网友爆料近六千元的耳机线“扒开是棉布”?汉声经销商回应

网友爆料近六千元的耳机线“扒开是棉布”?汉声经销商回应

北青网-北京青年报
2026-11-12 21:26:04
独家!黄乐老公已被抓,黄仁勋岌岌可危

独家!黄乐老公已被抓,黄仁勋岌岌可危

木蹊说
2026-11-12 18:29:38
黄仁勋还有反击筹码:3.58%持股达到英伟达董事提名门槛

黄仁勋还有反击筹码:3.58%持股达到英伟达董事提名门槛

爆角追踪
2026-11-12 13:42:49
"妲己"终入霍家门!43岁中国香港足总主席霍启山,将迎娶29岁女星

"妲己"终入霍家门!43岁中国香港足总主席霍启山,将迎娶29岁女星

秋姐居
2026-11-12 11:50:56
今早腾讯内网被挤崩,有人发帖“听完会后饭都吃不下了,好焦虑……”腾讯高管紧急回应:误会了

今早腾讯内网被挤崩,有人发帖“听完会后饭都吃不下了,好焦虑……”腾讯高管紧急回应:误会了

都市快报橙柿互动
2026-11-12 14:12:40
比亚迪"轮毂装反"上热搜,大众工厂:7道环节皆失守,难!

比亚迪"轮毂装反"上热搜,大众工厂:7道环节皆失守,难!

大厂财经社
2026-11-12 18:14:54
争议?卡里克下课4小时仍无曼联球员回应+送祝福!名记怒批:没担当

争议?卡里克下课4小时仍无曼联球员回应+送祝福!名记怒批:没担当

我爱英超
2026-11-12 23:01:35
伊朗总统佩泽希齐扬确认了:伊朗最高领袖穆杰塔巴·哈梅内伊已经作出明确指示,要求伊朗结束目前与美国不战不和的状态

伊朗总统佩泽希齐扬确认了:伊朗最高领袖穆杰塔巴·哈梅内伊已经作出明确指示,要求伊朗结束目前与美国不战不和的状态

吉刻新闻
2026-11-11 02:07:46
彻底乱了!疑似黄仁勋第 3 段外遇主动公开,第4、第5看来也不远了

彻底乱了!疑似黄仁勋第 3 段外遇主动公开,第4、第5看来也不远了

起点人文
2026-11-12 17:13:23
勾引马斯克挺难的,正如他前妻所言:14个孩子的母亲都被他称为“生育机器”

勾引马斯克挺难的,正如他前妻所言:14个孩子的母亲都被他称为“生育机器”

照见古今
2026-11-12 14:48:00
2026-11-13 04:52:49
老胡说科学 incentive-icons
老胡说科学
科学如此美妙,我想让你知道
1231文章数 33538关注度
往期回顾 全部

教育要闻

惠州最好的五所高中TOP5

头条要闻

小伙疑遭拘禁殴打20天瘦至60斤 被解救送回家次日死亡

头条要闻

小伙疑遭拘禁殴打20天瘦至60斤 被解救送回家次日死亡

体育要闻

库里已前往医院接受MRI 专家预测伤停2周

娱乐要闻

空军生日当天,央视公开“点名”肖战

财经要闻

黄仁勋,辞职

科技要闻

突发!黄仁勋辞职,英伟达CFO临时接任

汽车要闻

埃安Ray7上市限时11.47万元起 702km续航/L4同源智驾

态度原创

数码
艺术
亲子
房产
公开课

数码要闻

米物推出Neoseek Pure 10新国标22.5W自带线磁吸移动电源:15W无线+ 2C设计,169元

艺术要闻

这位法国女摄影师,专拍“不努力”的人像,却把肌肤之美拍到了封神级别

亲子要闻

儿童失眠赛道,重磅明星药要来了

房产要闻

十年长草!三亚这个豪宅盘,爆出新消息!

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版