概率统计简史(1):分赌本问题与概率论的起源 帕斯卡 费马惠更斯
概率论起源于博弈问题。
1654年,职业赌徒德·梅累向法国数学家帕斯卡(B.Pascal,1623-1662)提出一个使他苦恼很久的分赌本问题:甲、乙两赌徒赌技相同,各出赌注50法郎,每局中无平局。他们约定,谁先赢三局则得到全部100法郎的赌本。当甲赢了两局,乙赢了一局时,因故要中止赌博。现问这100法郎如何分才算公平?
帕斯卡与另一位法国数学家费马(Fermat, 1601~1665)在一系列通信中就这一问题展开了讨论。事实上,很容易设想出以下两种分法:(1)甲得100·(1/2) 法郎,乙得100·(1/2) 法郎;(2)甲得100·(2/3) 法郎,乙得100·(1/3) 法郎。
第一种分法考虑到甲、乙两人赌技相同,就平均分配,没有照顾到甲已经比乙多赢一局这一个现实,对甲显然是不公平的。第二种分法不但照顾到了“甲乙赌技相同”这一前提,还尊重了已经进行的三局比赛结果,当然更公平一些。但是,第二种分法还是没有考虑到如果继续比下去的话会出现什么情形,即没有照顾两人在现有基础上对比赛结果的一种期待。
那么,这更合理的第三种分法又该怎样分呢?
试想,假如能继续比下去的话,至多再有两局必可结束。若接下来的第四局甲胜(概率为1/2),则甲赢得所有赌注;若乙胜,还要再比第五局,当且仅当甲胜这一局时,甲赢得所有赌注(这两局出现此种情形的概率为(1/2)·(1/2)=1/4)。若设甲的最终所得为X,则
P(X=100)=1/2+1/4=3/4
于是,X的分布律为
X
0
100
p
1/4
3/4
从而甲的“期望” 所得应为0·(1/4)+100·(3/4)=75 法郎;乙的“期望”所得应为100-75=25法郎。这种方法照顾到了已赌结果,又包括了再赌下去的一种“期望”,它自然比前两种方法都更为合理,使甲乙双方都乐于接受。
这就是“数学期望”这个名称的由来,其实这个名称改为“均值”会更形象易懂一些,对上例而言,也就是再赌下去的话,甲“平均”可以赢75法郎。
后来,帕斯卡和费马的通信引起了荷兰数学家惠更斯(C.Huygens,1629-1695)的兴趣,后者在1657年发表的《论赌博中的计算》是最早的概率论著作。这些数学家的著述中所出现的第一批概率论概念(如数学期望)与定理(如概率加法、乘法定理)标志着概率论的诞生。