KeyTo9_Fans
发表于 2015-8-29 16:54:32
虽然现在还不知道如何证明最高的逃生概率为$64%$,但是可以证明一个弱一点的命题:
记人数为$N$,灯数为$m$,那么只有当$N\leq 2^m$时,才能以$100%$的概率逃生。
证明如下:
根据题目设定,灯的状态是唯一可以用来做决定的因素。
记$m$盏灯一共有$M=2^m$种状态,我们用$i=0, 1, 2, ..., M-1$来表示这$M$种状态,
于是每个人的策略都是一个从【状态】到(【状态】,【回答】)的函数:
$f: M\rightarrow(M,a)$
例如,某个人的策略如下:
如果出来的时候,看到房间里的灯处于状态$0$,就回答“不是”,然后改成状态$1$,
如果出来的时候,看到房间里的灯处于状态$1$,就回答“不是”,然后改成状态$2$,
如果出来的时候,看到房间里的灯处于状态$2$,就回答“不是”,然后改成状态$3$,
……
如果出来的时候,看到房间里的灯处于状态$62$,就回答“不是”,然后改成状态$63$,
如果出来的时候,看到房间里的灯处于状态$63$,就回答“是”,然后改成状态$0$,
那么这个策略可以用以下函数来描述:
$f(i)=((i+1) mod 64,a(i))$
其中:$a(i)=$
$0 (i\ne 63)$
$1 (i=63)$
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我们将每个人的策略记为$f_1, f_2, f_3, ..., f_N$,初始状态记为$0$,
要想$100%$逃生,那么第$1$个人看到状态$0$,必须要改成非$0$状态:$f_1(0)\ne(0,*)$,
因为如果第$1$个人看到状态$0$而不去改变,
那么对于以下$2$个序列:
$1, 2, 3, 4, ..., N$
和
$2, 3, 4, ..., N, 1$,
第$N$个人将看到相同的状态,却要分别回答“是”和“不是”,于是无法以$100%$的概率逃生。
记第$1$个人看到状态$0$,改成状态$s_1$,
于是第$2$个人见到状态$s_1$,必须要改成$0$和$s_1$以外的状态,
因为如果改成状态$0$,那么对于以下$2$个序列:
$1, 2, 3, 4, 5, ..., N$
和
$3, 4, 5, ..., N, 1, 2$,
第$N$个人将看到相同的状态,却要分别回答“是”和“不是”,于是无法以$100%$的概率逃生。
如果改成状态$s_1$,那么对于以下$2$个序列:
$1, 2, 3, 4, 5, ..., N$
和
$1, 3, 4, 5, ..., N, 2$,
第$N$个人将看到相同的状态,却要分别回答“是”和“不是”,于是也无法以$100%$的概率逃生。
记第$2$个人看到状态$s_1$,改成状态$s_2$,
于是第$3$个人见到状态$s_2$,必须要改成$0, s_1, s_2$以外的状态,
因为无论改成状态$0$,$s_1$,还是$s_2$,都能类似地找出$2$个序列,
使得第$N$个人面临相同的状态,却要分别回答“是”和“不是”,于是无法以$100%$的概率逃生。
综上所述,每出来$1$个人,都要将灯改成新的状态,不能和以前的任何一个状态重复,否则无法以$100%$的概率逃生。
但是当第$M$个人出来后,无论如何修改,都会和以前的某个状态重复,
所以当$N\geq M+1$时,无法以$100%$的概率逃生。
证毕。
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以上讨论是$f_1, f_2, ..., f_N$都是确定的函数的情况。
如果某个人需要抛硬币来决定【状态】或【回答】,
那么【在他看到灯的时候抛硬币】,和【在大家商定策略的时候,就把每种状态要抛的硬币抛好,把每个人的策略确定下来】,逃生概率是相同的。
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例如,在楼主的设定($N=100$,$M=64$)下,【大家都把状态$+1$($mod 64$),看到状态$36$就抛硬币回答“是”或“不是”】的策略,
跟【大家先抛好硬币,把看到状态$36$的回答确定下来】的策略,逃生概率都是$25%$。
(与其这样,还不如选定$50$个人,看到状态$36$就回答“是”,其余$50$个人看到状态$36$就回答“不是”,逃生概率为$50/100 * 50/99 =25.25%$,反而更好。)
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所以只需讨论$f_1, f_2, ..., f_N$都是确定的函数的情况,无需讨论不确定的函数。
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如果能在此基础上,证明这个命题:
记人数为$N$,状态数为$M$,最佳逃生概率为$p(N,M)$,那么当$N>M$时,我们有$p(N,M)\leq (N-1)/N * p(N-1,M)$,
那么就说明$64%$就是最佳的逃生概率了,此题就完美解决了。