淘金赛的最佳下注策略
赛场上有N枚金币。(N是奇数)两个玩家进行淘金比赛。
初始时两个玩家的手里都有数目相同的一笔钱,该数目记为单位$1$。
然后进行$N$个回合的下注,对于每$1$回合:
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两个玩家同时下注。
玩家$A$的下注额记为$a$,玩家$B$的下注额记为$b$,下注额不得大于当前拥有的钱数。
如果$a>b$,则玩家$A$获得$1$枚金币,并将所下金额$a$付给玩家$B$。
如果$a<b$,则玩家$B$获得$1$枚金币,并将所下金额$b$付给玩家$A$。
如果$a=b$,则抛一枚硬币来决定谁获得金币并付钱给对方。
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$N$个回合结束后,比较两个玩家获得的金币枚数。
金币枚数较多的一方获得比赛胜利,赢得赛场上的$N$枚金币及$2$单位的钱;
金币枚数较少的一方则输掉该比赛,交出当前获得的所有金币及手里的钱给赢家。
已知$N$,求最佳的下注策略。
例如:
$N=1$的下注策略是最简单的,直接全下就可以了。
如果对方不全下,则我方获胜;如果对方也全下,则双方各有$50%$的概率获胜。 游戏双方资金绝对数值不重要,只需要知道比例就可以了。
所以游戏的任何中间状态为,两者资金比例r (0<=r<=1),余下金币数N,资金少的玩家领先金币数目M.
我们需要计算资金少的玩家赢的概率f(r,N,M)以及相应的最佳策略。(如果出现平局,我们将平局看成1/2概率赢)
根据对称性,我们知道对于M<0,显然必然有f(r,N,M)=0.而如果M>=N+1,那么必然有f(r,N,M)=1.
所以我们只需要确定M=0,1,...,N之间范围的情况。
比如对于N=1,那么对于0<=r<1,我们可以得出f(r,1,0)=0,f(1,1,0)=1/2. f(r,1,1)=0.5,f(1,1,1)=0.75
如果对r进行离散化,我们应该可以进行近似计算。 为什么只能近似计算而不能精确计算?
对于$N=1$,只有$r=1$的时候函数值才发生变化。
对于更大的$N$,不也是仅有有限个$r$值使得函数值发生变化吗? 精确计算应该也可以,但是应该会非常复杂 回过头来一想,发现$N=3$的下注策略也挺简单的:第$1$轮下$0.5$:victory:
分析如下:
如果对手所下金额大于$0.5$,拿去了第$1$枚金币,
那么对手手里的钱就小于$0.5$了,而我们手里的钱就多于$1.5$了,
于是接下来的$2$轮我们依次下$0.5$和$1$,
结果都比对方手里的钱还多,
于是我们稳获剩下的$2$块金币赢得比赛:lol
如果对手所下金额小于$0.5$,那么我们赢得第$1$枚金币,手里剩下$0.5$的钱,
于是接下来的$2$轮我们均全下,
对手想不输,只能依次下$0.5$和$1$,均和我们所下的钱数相等,
于是接下来的$2$轮都是抛硬币决定金币归谁,
而我们只要再拿$1$枚金币就赢了,
所以我们的胜利概率是$75%$,大于$50%$:lol
所以对手想让赢的概率至少为$50%$,第$1$轮也只能下$0.5$,
结果$3$轮都是抛硬币来决定金币归谁,双方的胜率各为$50%$。
综上所述,第$1$轮下$0.5$是最佳策略:victory: 当$N=5$时,需逐一分析双方所有可能的得分,然后得出下表:
我方得分 对方得分 我方钱数、胜负和最佳下注额
2 2 大于1胜,小于1负,等于1胜率0.5,最佳下注额1
2 1 大于0.5胜,小于0.5负,等于0.5胜率0.75,最佳下注额0.5
1 2 大于1.5胜,小于1.5负,等于1.5胜率0.25,最佳下注额0.5
1 1 大于1胜,小于1负,等于1胜率0.5,最佳下注额0.5
2 0 大于0.25胜,小于0.25负,等于0.25胜率0.875,最佳下注额0.25
0 2 大于1.75胜,小于1.75负,等于1.75胜率0.125,最佳下注额0.25
1 0 大于0.625胜,小于0.625负,等于0.625胜率0.6875,最佳下注额0.375
0 1 大于1.375胜,小于1.375负,等于1.375胜率0.3125,最佳下注额0.375
0 0 大于1胜,小于1负,等于1胜率0.5,最佳下注额0.375
得到我方第$1$轮的最佳下注额为$0.375$,此时:
如果对方的下注额小于$0.375$,则我方得$1$枚金币,我方钱数剩下$0.625$,然后根据上表可知我方胜率为$0.6875$,我方占优;
如果对方的下注额大于$0.375$,则对方得$1$枚金币,我方钱数大于$1.375$,然后根据上表可知我方必胜;
所以对方为了不处于劣势,第$1$轮只能下注$0.375$,于是抛硬币决定金币归谁。
于是第$1$轮结束后,我方有:
$0.5$的概率会去到($1$:$0$,$0.625$)的局面,胜率为$0.6875$;
$0.5$的概率会去到($0$:$1$,$1.375$)的局面,胜率为$0.3125$;
最终获胜概率为$0.5$。
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