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擇偶的最佳策略:給【徵婚啟事】中隋棠的建議

tml_96
・2015/01/22 ・1956字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

隋棠

作者 / 林澤民

人生的旅途中,適合擇偶的年齡是有限的。在這段期間,妳無須登【徵婚啟事】都可能陸續遇到好幾位適婚的對象。雖說女人二十一枝花,但太早結婚,難保白馬王子在婚後才出現,只能恨不相逢未嫁時;而太晚結婚,又怕使君已有婦,顧影徒嘆陌上花開遲。假如妳在同一時間只遇見一位適婚對象,而必須決定是否許諾終身,那麼是否有一種策略能夠讓妳有最大的機會「撿到」最佳的對象呢?

說「撿到」,是因為這個問題的數學結構,類似於在一條小徑上散步撿石頭:規定只能撿一顆,不能丟棄再撿,也不能回頭再撿。那麼要如何才能撿到最大的石頭呢?這個問題,提供了與擇偶問題相同的困境:撿得太早,怕前面還有更大的石頭;太遲,怕已經錯過了最大的石頭。面對這個困境,出手的時機便是一個重要的策略問題:如果預先設定一段觀察期,在此期間只觀察而不出手,而在其後則當機立斷見好就撿,那麼觀察期應該多久才是最適宜呢?數學上,這是一個極大化的問題,解決的方法是將觀察期設為未知數,用這未知數來計算撿到最大顆石頭的機率,也就是把得手機率作為觀察期的函數,然後求出讓此函數有最大值的觀察期。

假設小徑為一條長度固定的線段,而石頭的位置呈現統計上的均勻分配,數學家對這個問題的解答是:在大約前1/3=0.33333的路段上,仔細觀察石頭的大小,但不要撿起任何石頭。過了這一段觀察期,記住所看到最大顆石頭的大小,繼續前進。此後,一旦看見一顆比觀察期間最大石頭還大的石頭,要毫不猶豫地撿起。如此,則在路徑的終點總結清算,妳撿取到最大顆石頭的機率為最大。 當然,妳運氣不好的話,可能再也碰不到更大的石頭,因此只好在路徑的盡頭撿起最後一顆石頭。這個策略只保證妳撿到最大石頭的機率為最大,它不能保證妳一定撿到最大的石頭。

更精準的計算顯示,如果路徑甚長因而石頭甚多,則最佳觀察期為整條路段長度的1/e=0.36788。這裡e=2.71828…是所謂納皮爾常數或尤拉數(Napier’s Constant or Euler’s Number)。這機率比1/3還要略為大些。根據這個策略,撿到最大顆石頭的機率恰巧也趨近於1/e=0.36788。相對而言,當石頭數目為n,隨機撿取能撿到最大顆石頭的機率為1/n。 當n很大時,1/n趨近於零。這個策略能夠達到1/e的得手機率是相當令人驚訝的。

回到擇偶的問題,假設男性的適婚年齡是25-40歲,有15年的擇偶期,則最佳的擇偶策略是在30歲以前不要結婚,只注意觀察25-30歲這五年間所遇見的可能對象;30歲以後,一旦遇到更好的對象,不要猶豫,立刻結婚。女性的適婚年齡也許早些,算20-35歲的話,則25歲前不要結婚,要等到25歲後再當機立斷。依此策略,不論男女能夠「撿到」最佳另一伴的機率會比1/3稍大些。在這最佳擇偶策略下,如果在觀察期錯過最佳對象,那也只能說是沒有緣份了。

數學家 Frederick Mosteller 在Fifty Challenging Problems in Probability一書中解此題時,舉了一個簡單的例子。假設選擇過程中共遇見四個對象,以 1/2/3/4 代表等第,數目越大越佳,則依遇見的順序,共有24種可能情況:

1234 2134 3124*+ 4123
1243+ 2143*+ 3142*+ 4132
1324+ 2314+ 3214*+ 4213
1342+ 2341+ 3241*+ 4231
1423* 2413* 3412* 4312
1432* 2431* 3421* 4321

如果妳隨機選擇,則撿到最佳對象的機率是1/4 或6/24。那麼如果採用有一段觀察期的策略,得手機率又是如何呢?依觀察期的長短,我們可以檢視以下各種策略的良寙:

  • 策略零:觀察期=0/4,亦即第一次遇見對象便立刻結婚。得手機率=6/24。
  • 策略一:觀察期=1/4,亦即Pass第一個,此後一旦看到比第一個更大的則立即撿起,如未看到,則撿最後一個。根據此策略,上列24種可能情況中,有11種(*標示者)可以撿到最大的石頭,所以得手機率=11/24。
  • 策略二:觀察期=2/4,亦即Pass前兩個,此後一旦看到比前兩個更大的則立即撿起,如未看到,則撿最後一個。根據此策略,上列24種可能情況中,有10種(+標示者)可以撿到最大的石頭,所以得手機率=10/24。
  • 策略三:觀察期=3/4,亦即Pass前三個,撿起第四個。根據此策略,上列24種可能情況中,6種可以撿到最大的石頭,所以得手機率=6/24。

很明顯的,策略一是最佳策略,因為其得手機率=11/24為最大。此策略的觀察期(1/4)雖然不到1/3或1/e,但已是所有可能值中最接近的了。11/24=0.45833的機率則比1/e還大。當適婚期中遇見的對象越來越多,最佳的觀察期會趨近於1/e,贏得佳偶的機率也會趨近於1/e。假如妳估計會有n=10人來追求妳,Mosteller的公式顯示妳應該跳過前三人,從第四人開始,只要比前三人更好就立刻答應。如此,則撿到最佳郎君的機率將高達0.399,已經很接近1/e了。

這個擇偶最佳策略的解法假設妳沒有夢寐中的完美對象,如果有,相信妳在作選擇時會以這個絕對標準來衡量。這種情況還是可以用數學算出最佳策略,但那必須要寫另外一篇文章了。

 

原刊載於Tse-min Lin 的部落格

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tml_96
35 篇文章 ・ 228 位粉絲
台大電機系畢業,美國明尼蘇達大學政治學博士, 現任教於美國德州大學奧斯汀校區政府系。 林教授每年均參與中央研究院政治學研究所及政大選研中心 「政治學計量方法研習營」(Institute for Political Methodology)的教學工作, 並每兩年5-6月在台大政治系開授「理性行為分析專論」密集課程。 林教授的中文部落格多為文學、藝術、政治、社會、及文化評論。

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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你能想像棒球穿牆嗎?突破物理世界的常識:量子穿隧——《阿宅聯盟:量子危機》
未來親子學習平台
・2023/01/20 ・1226字 ・閱讀時間約 2 分鐘

想像一個全壘打王,面對前方的來球,大棒一揮,球越過了全壘打牆,到了牆的另外一邊。

Home~~~Run!圖/GIPHY

但假如,那個全壘打牆變成了兩層樓高呢?也許,他更大力地擊球(給球更多的能量),那顆球還是能夠飛越過全壘打牆,到牆的另外一邊。但如果,那全壘打牆變成了三十層樓高呢?我想會認為,除非靠機器,否則再厲害的全壘打王,不管用了多少力氣,他應該都無法讓球飛過三十層樓那麼高。

上述的例子,正顯示了我們日常生活中的物理原則:只要物體(球)的能量不足以跨越障礙物(牆),那麼它永遠不可能到達障礙物的另一側——但是,在量子的世界,卻不是這樣。

粒子是怎麼跨越各種障礙的?

量子力學裡,一個粒子具備的能量即使不足以跨越障礙,它仍然有小機率會出現在障礙的另一邊;而且,若粒子的能量跟跨越障礙所需要的能量愈接近、或是說只少一點,那麼這個粒子出現在障礙另一邊的機率就愈大。

這樣神奇的現象,彷彿就像是粒子挖了隧道穿過障礙一般(儘管並沒有真的隧道),所以稱為「量子穿隧」效應。

不過,在丟球的例子裡,我們可以想像,若是牆愈高或愈厚,那麼球就愈難飛過牆壁。同樣地,在量子力學的情形下,雖然粒子有可能在能量不足的狀況下穿過障礙,但要是障礙無限高或無限厚的話,那麼粒子就還是過不去的

儘管在量子力學的情況下,障礙無限高或無限厚,粒子還是過不去的。圖/Envato Elements

事實上,量子穿隧效應跟我們先前提到的「物質具有波的特性」非常有關係。想像水池中間有一顆大石頭,池中的水波在遇到石頭這個障礙物時,會從旁邊繞道而過;但如果是一般物質,一旦遇到障礙物就直接被擋住了,沒辦法繞道而行。

就是因為在量子世界,物質也具有波的特性,我們才會看到粒子的穿隧效應。儘管量子效應感覺很奇特,但它在很多方面都有實際的影響。

例如,我們知道太陽核心是依賴核融合反應來產生能量;在過程中,會將兩個氫原子核,融合成更重的原子核。但因為氫原子核都帶正電,要抵抗正電荷間的排斥力,將它們融合在一起,其實非常困難。也幸虧有量子穿隧效應,太陽內部的氫原子核才能克服電荷排斥力的阻礙,順利融合在一起,並製造能量。

所以,在地球的我們,能夠享受到太陽的光和熱,說起來也要感謝量子穿隧效應呢!

——本文摘自《阿宅聯盟:量子危機》,2022 年 11 月,未來出版,未經同意請勿轉載

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「量子狀態」聽起來好難?其實就是機率與疊加——《阿宅聯盟:量子危機》
未來親子學習平台
・2023/01/19 ・1256字 ・閱讀時間約 2 分鐘

想像我們往水池內丟兩顆石頭,以石頭的落點為中心,會個別產生漣漪,在水面上擴散開來。

而當兩個漣漪互相接觸時,交會之處的水面其實同時反應了兩個漣漪的影響;可以說,兩個漣漪疊加在一起了。漣漪是靠水傳遞的一種波,稱為水波;而「疊加」的現象,就是屬於波的一種特性

當兩個漣漪相互接觸時,會疊加在一起。圖/Envato Elements

物質的波,也就是物質波,同樣存在疊加的特性。只不過,物質波跟水波不同的地方在於,它不需要依賴「水」這種實際的東西來傳遞,而是一種「機率波」。機率波的數學形式長得像波,而它代表的,是量子系統處於不同狀態的機率分布

量子系統的狀態:機率波

當我們在描述量子系統的狀態時,就會用到「機率波」的概念。舉例來說,在電玩遊戲中要是打怪成功,死掉的怪物會留下寶物。怪物可能有 50% 的機率掉落寶物 A,也有 50% 的機率掉落寶物 B,但我們不會在事前就知道怪物會留下哪種寶物。

所以,怪物可以說是同時擁有「掉落寶物 A」和「掉落寶物 B」這兩種狀況,直到我們成功打完怪,才能確定牠究竟帶哪一種寶物。類似地,機率波告訴我們的,就是量子系統「有多少機率處於狀態 A、又有多少機率處於狀態 B」的資訊;如同兩個水波在水面上疊加,A 和 B 這兩個狀態同時存在這個量子系統上。所以,我們把量子系統「同時處於不同狀態疊加」的狀況,稱為「疊加態」

直到我們打怪成功,才能確定究竟掉哪一種寶物。圖/GIPHY

另一方面,也跟打完怪物才知道掉什麼寶物類似,在我們實際觀測量子系統前,並無法知道會看到狀態 A 還是狀態 B,要觀測完才會知道。因為量子疊加的特殊性質,科學家想到,或許可以拿來做一些實際的運用。

例如,在現代的電腦運算中,「位元」是資訊的最小單位,可以用 0 或 1 這兩個數值來表示。那麼,我們也許能夠把「同時存在兩種不同狀態的量子系統」當作位元使用,讓它的兩種狀態分別代表 0 跟 1 來儲存資訊,而這就被稱為量子位元

由於物理性質的不同,量子位元在某些狀況下,可以運算得比傳統位元更有效率;利用量子位元建構的電腦,就稱為量子電腦。雖然目前已經有少數量子電腦問世,能以最多一百多個量子位元進行運算,但要能大規模運用在日常生活中,除了要再想辦法增加量子位元之外,還有許多難題要克服,所以,現在就先讓漫畫的想像來代替很可能成真的未來吧。

——本文摘自《阿宅聯盟:量子危機》,2022 年 11 月,未來出版,未經同意請勿轉載

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