0

0
0

文字

分享

0
0
0

捷運地下委員會的旅行業務員問題

賴 以威
・2015/05/18 ・6172字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 463 ・五年級

才到中正紀念堂站嗎?今天看書效率還挺高的。

孝和放下手中的講義。

Photo credit: George Alexander Ishida Newman
Photo credit: George Alexander Ishida Newman

上大學後,他養成在捷運上閱讀的習慣。早上11點的捷運車廂空蕩蕩,彷彿是為了將郊區的新鮮空氣運送到市中而行駛,只有孝和與另一位乘客,那人身旁擺了個紙箱,乍看之下也是剛上大學的年紀,卻散發出一股同學沒有的氣息。正確地說,是少了大學生的青春氣息,更像社會人士。

為什麼可以這時候在捷運上,業務員嗎?不,業務員不應該穿Uniqulo襯衫跟牛仔褲……,孝和猜測起對方背景,藉此打發時間。

列車抵達台電大樓終點站。孝和下車,轉身面對月台,等往公館的下一班列車。忽然,他意識到月台上只有自己一人。

那傢伙不見了。

幾天後孝和又遇見他了。

那人坐在相同的位子,偶爾看手機,大多時間往漆黑的窗外看著。或許是錯覺,孝和覺得投影在窗戶上的那張臉不時窺視自己。比起無趣的學校,曾經莫名其妙消失的傢伙讓孝和更感興趣。他沒在公館下車,一路來到了終點站新店。下車後,孝和保持一段距離,用眼角餘光觀察對方,兩人一前一後上電扶梯、出站。站外的洗手間,清潔人員正擺上「清理中」的黃色告示,那傢伙卻視若無睹地進去。

「不好意思。」

孝和低聲道歉後也跟了進去。

那傢伙站在最內側的小便斗前,與孝和對望了一秒,又像沒看見他似地,轉過頭吹起口哨。孝和走向小便斗。忽然,三間廁所門都被推開,三個邋塌的中年男子走出來,擋住孝和的去路,從他們緊靠的身上傳來一股刺鼻體味。孝和察覺不對勁,準備轉身離開,卻被一支拖把從背後頂住。

「不要動。」

清掃人員的聲音從看不見的死角傳來。

「上完廁所的瞬間最舒服了,呼。你是怎麼發現的?」

孝和沒回答。對方吹著口哨走過來,似乎是英國搖滾天團U2的「With or without you」旋律。他伸出手:「我叫賴皮,你好。」

「你還沒洗手。」

Photo credit: arianne
Photo credit: arianne

「真的有『捷運地下委員會』這個組織?」

「敝人為初代會長,鏡頭在哪裡?」

「沒那種東西。」

孝和伸手制止賴皮比Ya的手勢。儘管剛認識,兩人卻像老友一樣打鬧著。孝和覺得賴皮和他高中死黨很像,都是思考很超展開的人。以前死黨還說過「籃球隊先發五人,棒球隊先發九人,為什麼女朋友只能先發一人」這種莫名其妙的話。

「不能拍照噢,禁止攝影。」

賴皮露出正經的表情,孝和吐槽道:「這裡是博物館嗎?」

事實上,這裡恐怕是跟博物館相差最遠的地方了。

在孝和眼前展開的是一條昏暗的捷運隧道,約四、五米挑高,往隧道深處望去有種整個人要被吸進去的錯覺。軌道上鋪了一好幾大片塑膠地板,他們坐在上方。空氣中瀰漫一股柴油發電的油氣味,幾十條電線從發電機出發,像地底才有的藤蔓品種,攀爬上水泥牆,抵擋不過重力,從隧道頂垂吊下來,開出一朵朵澄黃色的工業燈泡。不遠處,有一塊用伸縮圍欄拉出的區域,幾片模糊的身影側躺在那兒。更遠處有許多箱子,整齊堆疊著。

二十分鐘前,賴皮帶孝和搭上終點站是台電大樓的列車,

「趕快躲到椅子下。」,賴皮邊指揮孝和,自己躲到對面椅子底下。站務人員的腳從他們面前經過,沒停下來,不知道是沒看到,還是跟賴皮有默契。他們在折返的袋狀軌處扳開車門,步行到原本作為擺放備用列車,如今已荒廢的軌道。

這是捷運地圖上沒有的區域,同時也是捷運地下委員會的總部。

「還是不相信嗎?」

賴皮發出嘖嘖嘖的聲響,皺起眉頭:「人類真容易被『常識』束縛,常識裡不該有的存在,親眼見到了也無法相信。」

他裝起客服人員的腔調:「各位先生女士,捷運地下委員會起源於民國八十五年。當時淡水線剛通車,遊民喜歡躲進尚未啟用的隧道裡生活,當局發現後,一方面同情遊民生活,一方面怕強力驅趕引發社會問題,便睜一隻眼閉一隻眼。為了感謝捷運局通融,遊民主動幫忙工程。雙方就像小丑魚跟海葵互利共生。爾後捷運網路發達,遷徙至地下的遊民也越來越多,便成立了捷運地下委員會。除了協助工程,今年更將觸角延伸至送貨服務。」

「 送貨服務?」

賴皮點點頭:「捷運網路就像台北市的血管,血管能輸送氧氣,捷運當然也能送貨。」

我們不僅是小丑魚,還是紅血球。賴皮雙手插腰,一臉得意的樣子。

Photo credit: creativegaz
Photo credit: creativegaz

地下委員會的送貨方式是這樣的:某幾站的廁所掃具間裡設有販賣機,販售一張50元、上面繪製了「U2」的黑底紅字貼紙,販賣機上有QR code可加LINE ID。

「為什麼叫U2?」

孝和把玩著賴皮遞給他的貼紙

「因為是捷運(underground)的地下(underground)服務委員會啊,剛好兩個U。」

「台北捷運叫做MRT又不是underground,根本是因為你喜歡U2吧。」

「那是巧合。」

賴皮不理會孝和,繼續解釋:「客人得坐在第一節車廂末端的靠右三人座,將物品貼上貼紙,再用LINE告訴我們此刻正通過哪一站,要送達的車站,再把物品放在座位底下,我們就會去收貨。」

「不會被別人拿走嗎?」

賴皮用「這是什麼問題」的表情瞪了孝和一眼,「現在捷運上每個人都在玩手機,不會有人注意到座位底下的。況且,這裡是台北市,都市人最擅長對奇怪的事情裝作沒看到。」

果然又是常識害的嗎,孝和心想。

「收到後,我們會於24小時以內以遺失物品的名義送達到該站站務。之後,收件人就可以去取貨了。」

解釋完,賴皮又吹起口哨,這次換成U2的「Pride(In the name of love)」。孝和採取正面攻擊發問:「幹嘛告訴我這麼多?」

「因為我們需要你的幫忙。」

賴皮露出狡猾的笑容。到這邊起才是重點。

賴皮起身走向牆邊,孝和跟在後頭,牆上貼了幾十張表格,記錄捷運不同站間的乘車時間。

表1

「我們最近送貨服務越做越好,開始有些忙不過來,所以得好好規劃起送貨流程。好比說,等等輪到仁叔送貨。」

賴皮往休息區一指,也不管孝和到底有沒有搞清楚仁叔是誰,

「他得送到『板橋、中山、動物園、徐匯中學、南京復興、市政府、善導寺、大安森林公園』八站。你覺得送貨順序怎麼排會比較好?」

「這是旅行業務員--」

Photo credit: katerha
Photo credit: katerha

賴皮打斷孝和,他說「我是這樣安排的:

賴皮的直覺法 台電大樓 板橋 徐匯 中山 南京復興 市政府 動物園 大安森林 善導寺 台電大樓 總和
18 35 14 4 11 26 21 9 13 151

根據捷運局公布的時間,需要花--」

「151分鐘。」

換孝和打斷賴皮。

「好厲害!這麼快就算出來了。」

賴皮提高音量,發出由衷的讚美,孝和的表情沒有任何變化,依然專注地看著牆上的表格。

「地表人真沒禮貌,被讚美了難道不該道謝嗎?」

「你有兩隻手跟兩隻腳,好厲害。」

「這跟那有什麼關係?」

「看吧,你也沒說謝謝。聽到對方陳述一件事實,本來就不需要道謝吧。」

賴皮做出下巴脫臼的誇張姿勢,然後嘴角露出反擊的笑容

「也是,畢竟是數學天才孝和嘛。」

突然被叫出本名,孝和還沒反應過來,一本書先出現在眼前,

「上週有人用我們的服務送了這本《超展開數學教室》,我一看,就覺得書裡的人好眼熟,跟捷運上常看到的某位大學生很像。」

被將軍了,孝和哭笑不得。前陣子,他們高中時期和老師雲方用數學解決各種生活問題的經歷被出版後,死黨阿叉還用LINE問他:「怎麼辦,會不會有人在路上認出我們啊?」

「你放心吧,書被分在數學類科普,通常不會賣很好。」

「什麼嘛--」

孝和這才意識到原來阿叉是巴不得被認出來。沒想到先一步被發現的是他,還因為這本書被捲入了這近似都市傳奇的組織。

「我知道了。你要我幫忙排送貨流程嗎?」

賴皮點點頭,「跟聰明人講話真輕鬆。現在都靠我慢慢排,其他人懶得要命,要是不事先排好,他們就會隨便選。像仁叔每次都選『最近的下一站』,照他的方法這趟得花181分鐘,

最鄰近搜尋法 台電大樓 中山 南京復興 善導寺 大安森林 市政府 板橋 徐匯 動物園 台電大樓 總和
11 4 10 9 17 23 35 41 31 181

比我規劃的多了半小時,太浪費……」

賴皮劈哩啪啦講著,孝和將他的話視為背景噪音,腦海裡開始運算。等賴皮告一段落,他才開口

「這是標準的旅行業務員問題(Traveling salesman problem)。」

「嘎?」

「我剛一開始就說了,是你打斷我的。」

「想像有位業務員要造訪很多城市,城市間有道路連接。以造訪完所有城市為前題,業務員該如何規劃造訪順序,才能走最短距離、花費最少時間。」

孝和在地下幾十公尺深的地方上起數學課:「仁叔的『最近站為下一站』是最鄰近搜尋法(nearest neighbor search)。」

「仁叔的方法也是數學家提出來的?當數學家也沒想像中的難嘛。」

賴皮不以為然說,孝和瞪了他一眼:「最鄰近搜尋法的優點在於簡單,但效果通常不好,用像你這種程度的大腦去規劃一下,往往就可以得到更好的結果。」

「太失禮了吧,什麼叫做『像我這種程度的大腦』,全台灣有誰比我更了解捷運,你能背出淡水信義線沿線每一站嗎?淡水、紅樹林……」

賴皮念咒似地背起來,孝和研究乘車時間表格,圈起其中幾個欄位。

「大安森林公園、信義安和、大安……顛倒了……這幾站安來安去真煩,你知道嗎,我常因此被下錯站的觀光客問路……101、象山站!」

「不錯嘛,真的背完了。」

「當然,哈哈。你把這幾個圈起來做什麼?」

孝和原本想說「這才叫讚美,因為你做了超乎預期的事」,但看到賴皮一臉得意,他反而失去了嘲諷的興致。

「另一種簡單的方法叫做貪婪演算法:每次都將最短的兩站間路徑加進路線。比方說,中山站到南京復興之間的路徑最短,只要4分鐘,所以是第一條要納入的路徑。再來,善導寺跟中山站之間的路徑第二短,只有7分鐘,也要納入路徑。這麼一來會得到『善導寺→中山→南京復興』或反過來『南京復興→中山→善導寺』兩種路線。」

「再來是9分鐘的市政府到善導寺,路線擴充成『大安森林公園→善導寺→中山→南京復興』嗎?」

孝和點點頭。其實旅行業務員問題還有很多效果更好的演算法,例如插入法(insertion algorithm)、分支界定法(branch and bound),但講解起來太過複雜,他便選了跟最鄰近搜尋概念相似的貪婪演算法。孝和列出貪婪演算法結果:

貪婪演算法 台電 板橋 徐匯 大安森林 動物園 市政府 善導寺 中山 南京復興 台電大樓 總和
18 27 25 21 26 9 7 4 16 153

「共計153分鐘。」

「比我的規劃慢2分鐘。」

賴皮摸摸下巴,對孝和投以懷疑的眼神。孝和不屑地鼻子噴了口氣,冷笑說:「有經驗的人靠直覺解旅行業務員問題,本來就可以得到不錯的結果。但你剛才不是嫌只有你才會排嗎?貪婪演算法的話只要遵守規則,仁叔也能排出跟你精心設計路徑差不多的結果噢。」

孝和頓了頓,「只要善用數學,一般人跟『專家』的距離就能縮小。更何況我還沒講完。」

孝和指著倒數的中山站和南京復興說,「我們交換這兩站順序。從『善導寺→中山→南京復興→台電大樓』變成『善導寺→南京復興→中山→台電大樓』。有兩條路徑會因此變更。」

孝和畫出示意圖

2opt

「因為有兩條路變換,稱之為二元素優化(2-opt),優化後變成151分鐘,跟你的方法一樣了。」

賴皮表情變得複雜,他既不想被超過,又因為找到好方法而開心。孝和看了好笑,用帶點安慰的口吻說:「你的路徑也可以靠2-opt改善。另一種方法是直接調整某站在排序裡的位置。比方說把南京復興從善導寺跟中山之間,移到動物園跟市政府之間。這個調整會導致三條路徑要重算,因此稱為『三元素優化(3-opt)』。」

3opt

「優化後再少4分鐘。重複2/3-opt四次後可以得到這樣的結果

貪婪演算法+2/3-opt 台電大樓 板橋 善導寺 市政府 動物園 南京復興 徐匯 中山 大安森林 台電大樓 總和
18 14 9 26 18 18 14 10 10 137

只要137分鐘就能送貨完畢,比仁叔的方法快了25%。整套調整的方法稱為Lin-Kernighan演算法。」

賴皮拿起筆自己算起來,孝和注意到他握筆姿勢怪怪的,宛如小學生的字體逐漸填滿整張白紙。

圖1

幾十分鐘後,賴皮讚嘆:「原來這就是數學,將事情變得有邏輯,用有系統的方法解決。」

一個念頭在孝和心中閃過:「賴皮,你該不會--」

「嗯,我是在捷運上被發現的棄嬰。當時收留我的就是仁叔。捷運地下委員會最初也是為了照顧我而成立的組織。」

原來眼前的人連身分證都沒有,是真正的幽靈人口。

孝和揣摩著遊民們撿到賴皮時的心境。一個新生兒的出現,對他們來說必然是個負擔,但或許也帶來了生存下去最必須擁有的兩種情感:「希望」與「被需要」。

賴皮搔搔頭說:「名字是仁叔亂取的,我才不是真的姓賴咧。我的知識都是自學來的,雖然常聽說上學很無聊,不過我還是羨慕能上學的人。所以看到你們的《超展開數學教室》才這麼興奮。我想體驗看看,就算一次也好,進教室聽課。」

「你會失望的。」

「失望也是人生的一部分。」

賴皮攤了攤手。孝和搖頭回答:「好吧。那你有沒有想過乾脆離開地底,回到正常社會生活呢?」

賴皮笑著回答:「對我來說這裡是家。儘管家裡比較髒亂,環境比較不好,但你會因此離開家裡嗎?」

孝和完全懂賴皮的意思。他自己也是這樣想,所以儘管這幾年來台灣狀況越來越不好,但他依然沒接受長輩們的建議,到國外念大學。一股莫名其妙的認同感驅使他說出:「好人做到底,我回去後寫個程式。以後你們只要輸入站名,程式就能輸出最佳送貨順序。」

「太棒了!身為地下委員會主席,我要好好感謝你的幫助。」

賴皮從口袋裡掏出厚厚一疊的貼紙。

「我授予你地下委員會榮譽委員,可終生免費使用送貨服務。」

誰需要這種東西啊,孝和正想推辭時:「附帶一提,你也可以在雨傘上貼這個。要是雨傘掉在捷運上,趕快傳LINE給我,我們立刻幫你送回去。這算是變形的失物代拾服務。」

這就蠻有用了,孝和收下了貼紙。賴皮轉身,俐落地從軌道跳上月台,回頭對賴皮伸出手:「我送你回去吧。」

遲疑了一下,孝和伸手與賴皮相握:「你到現在還是沒洗手。」

「哈哈哈。」

「賴皮這名字取得不錯,跟你的個性很貼切。」

「當然,家人取的嘛。」

孝和仰望月台上的賴皮,工業燈泡的光澤在他眼底流動,襯著昏暗的捷運地下隧道,顯得格外閃亮。

一周後,孝和把程式寄給賴皮,附了一份程式碼說明。如今每當想起有一群人,定居在巨大的捷運地下網路中,孝和就感到奇妙。

Photo credit: Y'amal
Photo credit: Y’amal

捷運車門打開,上午十一點的捷運空蕩蕩,彷彿只是為了運送郊區的空氣到市區。他從包包裡拿出一件籃球球衣,一本在二手書店找到的歷史小說,這是要給高中死黨阿叉以及他女友商商的。他在書裡夾了張紙條,上面寫了「下周四一起回學校看老師」,再將書與球衣裝進袋子,貼上U2貼紙。

捷運停車,上來一整群校外教學的國小學生,用高分貝的交談塞滿整節車廂。孝和站起來,往第一節車廂走去。來到最末端的座位,他瞥見座位底下隱約有個物體的輪廓。有人先一步送了貨嗎?他彎下腰檢查。

此時,後方傳來一陣熟悉的聲音:「客人,送貨嗎?」

 

註:更多孝和的故事,請參考《超展開數學教室

Photo credit: Stacy
Photo credit: Stacy
文章難易度
賴 以威
32 篇文章 ・ 8 位粉絲
數學作家、譯者,作品散見於聯合報、未來少年、國語日報,與各家網路媒體。師大附中,台大電機畢業。 我深信數學大師約翰·馮·諾伊曼的名言「If people do not believe that mathematics is simple, it is only because they do not realize how complicated life is」。為了讓各位跟我一樣相信這句話,我們得先從數學有多簡單來說起,聊聊數學,也用數學說故事。 歡迎加入我與太太廖珮妤一起創辦的: 數感實驗室

0

2
2

文字

分享

0
2
2
【成語科學】運籌帷幄:古人不用筆算數學?一隻小竹棍居然可以開三次方根、解方程式!
張之傑_96
・2023/07/28 ・1261字 ・閱讀時間約 2 分鐘

劉邦(漢高祖)打敗項羽,取得天下,建立漢朝。一天舉行盛大宴會,他問群臣:「我為什麼會勝?項羽為什麼會敗?」群臣都說劉邦善於用人,項羽恰恰相反。劉邦點頭稱是,司馬遷在《史記‧高祖本紀》記下劉邦說的一段話

夫運籌帷幄之中,決勝於千里之外,吾不如子房。

帷幄,指營帳子房,是張良的字籌,指算籌,是古時的運算工具。這段話的意思是說,張良在營帳中運用算籌計算,就能決勝千里之外,這方面我(劉邦)不如張良。因此,這個成語的原意是在營帳中策劃謀略,後來泛指謀劃或指揮。讓我們造兩個句吧。

要不是孔明運籌帷幄,劉備哪有三分天下的機會!

在里長的運籌帷幄下,為社區更新取得有利的條件。

不用筆,那用什麼?

成語的出典說了,句子也造了,接下去就要談談這個成語的科學意義。我們現在演算數學,都是用筆在紙上運算,也就是筆算。古人呢?古人從來不用筆算,而是使用工具運算。元代以前使用算籌,元代以後使用算盤

算盤一直使用到 1980 年代,小朋友家裡可能還有。至於算籌,只有少數博物館裡才能看到。

國立自然科學博物館內藏的漢朝骨製算籌複製品。圖/wikipedia

其實算籌只是一根根小竹棍,外形和筷子差不多。小朋友千萬不要看輕這些小竹棍,中國古代的數學曾經輝煌一時,就是用這些小竹棍運算出來的。

驚人的運算能力 曾經輝煌一時的數學成就

算盤被木框框住,計算能力受到限制。凡是算盤能算的,算籌一定能算。反過來,算籌所能算的,算盤就不見得勝任。算盤主要是生意人用的,算籌可作各種運算,數學家喜歡用它。中國的數學宋代發展到顛峰,元代以後不進反退,到了明代已沒人懂得宋代的數學了。

算籌平時放在算袋裡,繫在腰上,運算時取出,在席子上或桌子上擺弄。除了加減乘除,還能開平方、開立方,甚至解高次方程等高中才學得到的數學!關於算袋,有個小故事,傳說秦皇島東巡時,把算袋扔到海裡,變成了烏賊,所以烏賊又稱算袋魚。

十四世紀朱世傑《四元玉鑒》中的「古法七乘方圖」,紀錄宋代展出的「楊輝三角形」,就是我們現在所說的「巴斯卡三角形」。圖中一根根長條物就是當時用來計算的「算籌」。楊輝三角形的產生也顯見宋代數學已經發展出高次多項式的乘法。圖/wikipedia

數學家用算籌運算時,有時擺弄得極快,不要說外行人,連內行人的眼睛幾乎都跟不上,所以古人用「運籌如飛」來形容。因此,用算籌運算,運算過程不會留下記錄,一陣擺弄之後,最後得出答案。這對一般才質的人來說,學起來的確有點困難。

張之傑_96
103 篇文章 ・ 221 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

2

2
2

文字

分享

2
2
2
買樂透真的可以賺錢?大數法則揭示了賭博的真相!——《統計,讓數字說話》
天下文化_96
・2023/03/05 ・2394字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • id S. Moore、諾茨 William I. Notz
  • 譯者:鄭惟厚、吳欣蓓

什麼是大數法則?

期望值的定義是:它是可能結果的一種平均,但在計算平均時,機率大的結果占的比重較高。我們認為期望值也是另一種意義的平均結果,它代表了如果我們重複賭很多次,或者隨機選出很多家戶,實際上會看到的長期平均。這並不只是直覺而已。數學家只要用機率的基本規則就可以證明,用機率模型算出來的期望值,真的就是「長期平均」。這個有名的事實叫做大數法則。

大數法則
大數法則(law of large numbers)是指,如果結果為數值的隨機現象,獨立重複執行許多次,實際觀察到的結果的平均值,會趨近期望值。

大數法則和機率的概念密切相關。在許多次獨立的重複當中,每個可能結果的發生比例會接近它的機率,而所得到的平均結果就會接近期望值。這些事實表達了機遇事件的長期規律性。正如我們在第 17 章提過的,它們是真正的「平均數定律」。

大數法則解釋了:為什麼對個人來說是消遣甚至是會上癮的賭博,對賭場來說卻是生意。經營賭場根本就不是在賭博。大量的賭客贏錢的平均金額會很接近期望值。賭場經營者事先就算好了期望值,並且知道長期下來收入會是多少,所以並不需要在骰子裡灌鉛或者做牌來保證利潤。

賭場只要花精神提供不貴的娛樂和便宜的交通工具,讓顧客川流不息進場就行了。只要賭注夠多,大數法則就能保證賭場賺錢。保險公司的運作也很像賭場,他們賭買了保險的人不會死亡。當然有些人確實會死亡,但是保險公司知道機率,並且依賴大數法則來預測必須給付的平均金額。然後保險公司就把保費訂得夠高,來保證有利潤。

  • 在樂透彩上做手腳

我們都在電視上看過樂透開獎的實況轉播,看到號碼球上下亂跳,然後由於空氣壓力而隨機彈跳出來。我們可以怎麼樣對開出的號碼做手腳呢? 1980 年的時候,賓州樂透就曾被面帶微笑的主持人以及幾個舞台工作人員動了手腳。

他們把 10 個號碼球中的 8 顆注入油漆,這樣做會把球變重,因此可保證開出中獎號碼的 3 個球必定有那 2 個沒被注入油漆的號碼。然後這些傢伙就下注買該 2 個號碼的所有組合。當 6-6-6 跳出來的時候,他們贏了 120 萬美元。是的,他們後來全被逮到。

歷史上曾有主持人在樂透上做手腳,後來賺了 120 萬美元隨後被逮捕。圖/envatoelements

深入探討期望值

跟機率一樣,期望值和大數法則都值得再花些時間,探討相關的細節問題。

  • 多大的數才算是「大數」?

大數法則是說,當試驗的次數愈來愈多,許多次試驗的實際平均結果會愈來愈接近期望值。可是大數法則並沒有說,究竟需要多少次試驗,才能保證平均結果會接近期望值。這點是要看機結果的變異性決定。

結果的變異愈大,就需要愈多次的試驗,來確保平均結果接近期望值。機遇遊戲一定要變化大,才能保住賭客的興趣。即使在賭場待上好幾個鐘頭,結果也是無法預測的。結果變異性極大的賭博,例如累積彩金數額極大但極不可能中獎的州彩券,需要極多次的試驗,幾乎要多到不可能的次數,才能保證平均結果會接近期望值。

(州政府可不需要依賴大數法則,因為樂透彩金不像賭場的遊戲,樂透彩用的是同注分彩系統。在同注分彩系統裡面,彩金和賠率是由實際下注金額決定的。舉例來說,各州所辦的樂透彩金,是由全部賭金扣除州政府所得部分之後的剩餘金額來決定的。賭馬的賠率則是決定於賭客對不同馬匹的下注金額。)

雖然大部分的賭博遊戲不及樂透彩這樣多變化,但要回答大數法則的適用範圍,較實際的答案就是:賭場的贏錢金額期望值是正的,而賭場玩的次數夠多,所以可以靠著這個期望值贏錢。你的問題則是,你贏錢金額的期望值是負的。全體賭客玩的次數合起來算的話,當然和賭場一樣多,但因為期望值是負的,所以以賭客整體來看,長期下來一定輸錢。

然而輸的金額並不是由賭客均攤。有些人贏很多錢,有些人輸很多,而有些人沒什麼輸贏。賭博帶給人的誘惑,大部分是來自賭博結果的無法預測。而賭博這門生意仰賴的則是:對賭場來說,結果並非不可測的。

對賭場來說,贏錢金額期望值為正。圖/envatoelements
  • 有沒有保證贏錢的賭法?

把賭博很當回事的賭客常常遵循某種賭法,這種賭法每次下注的金額,是看前幾次的結果而定。比如說,在賭輪盤時,你可以每次把賭注加倍,直到你贏為止—或者,當然,直到你輸光為止。即使輪盤並沒有記憶,這種玩法仍想利用你有記憶這件事來贏。

你可以用一套賭法來戰勝機率嗎?不行,數學家建立的另一種大數法則說:如果你沒有無窮盡的賭本,那麼只要遊戲的各次試驗(比如輪盤的各次轉動)之間是獨立的,你的平均獲利(期望值)就會是一樣的。抱歉啦!

  • 高科技賭博

全美國有超過 700,000 台吃角子老虎(拉霸)。從前,你丟硬幣進去再拉下把手,轉動三個輪子,每個輪子有 20 個圖案。但早就不是這樣了。現在的機器是電動遊戲,會閃出許多很炫的畫面,而結果是由隨機數字產生器決定的。

機器可以同時接受許多硬幣,有各種讓你眼花撩亂的中獎結果,還可以多台連線,共同累積成連線大獎。賭徒仍在尋找可以贏錢的賭法,但是長期下來,隨機數字產生器會保證賭場有 5% 的利潤。

——本文摘自《統計,讓數字說話》,2023 年 1 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

所有討論 2
天下文化_96
132 篇文章 ・ 616 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

0

2
2

文字

分享

0
2
2
假藥也能治療?安慰劑效應的原因:「不」隨機化實驗!——《統計,讓數字說話》
天下文化_96
・2023/03/03 ・1932字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 作者:墨爾 David S. Moore、諾茨 William I. Notz
  • 譯者:鄭惟厚、吳欣蓓

實驗法中「隨機化」的必要性

隨機化比較實驗是統計學裡面最重要的概念之一。它的設計是要讓我們能夠得到釐清因果關係的結論。我們先來弄清楚隨機化比較實驗的邏輯:

  • 用隨機化的方法將受試者分組,所分出的各組在實施處理之前,應該各方面都類似。
  • 之所以用「比較」的設計,是要確保除了實驗上的處理外,其他所有因素都會同樣作用在所有的組身上。
  • 因此,反應變數的差異必定是處理的效應所致。

我們用隨機方法選組,以避免人為指派時可能發生的系統性偏差。例如在鐮形血球貧血症的研究中,醫師有可能下意識就把最嚴重的病人指派到羥基脲組,指望這個正在試驗的藥能對他們有幫助。那樣就會使實驗有偏差,不利於羥基脲。

從受試者中取簡單隨機樣本來當作第一組,會使得每個人被選入第一組或第二組的機會相等。我們可以預期兩組在各方面都接近,例如年齡、病情嚴重程度、抽不抽菸等。舉例來說,隨機性通常會使兩組中的吸菸人數差不多,即使我們並不知道哪些受試者吸菸。

實驗組與對照組除主要測量變數外,其餘條件必需盡可能相似。圖/envatoelements

新藥研究上不隨機分組帶來的後果:安慰劑效應

如果實驗不採取隨機方式,潛藏變數會有什麼影響呢?安慰劑效應就是潛藏變數,只有受試者接受治療後才會出現。如果實驗組別是在當年不同時間進行治療,所以有些組別是在流感季節治療,有些則不是,那麼潛藏變數就是有些組別暴露在流感的程度較多。

在比較實驗設計中,我們會試著確保這些潛藏變數對全部的組別都有相似的作用。例如為了確保全部的組別都有安慰劑效應,他們會接受相同的治療,全部的組別會在相同的時間接受相同的治療,所以暴露在流感的程度也相同。

要是告訴你,醫學研究者對於隨機化比較實驗接受得很慢,應該不會讓你驚訝,因為許多醫師認為一項新療法對病人是否有用,他們「只要看看」就知道。但事實才不是這樣。有很多醫療方法只經過單軌實驗後就普遍使用,但是後來有人起疑,進行了隨機化比較實驗後,卻發覺其效用充其量不過是安慰劑罷了,這種例子已經不勝枚舉。

曾有人在醫學文獻裡搜尋,經過適當的比較實驗研究過的療法,以及只經過「歷史對照組」實驗的療法。用歷史對照組做的研究不是把新療法的結果和控制組比,而是和過去類似的病人在治療後的效果做比較。結果,納入研究的 56 種療法當中,用歷史對照組來比較時,有 44 種療法顯示出有效。然而在經過使用合適的隨機化比較實驗後,只有 10 種通過安慰劑測試。即使有跟過去的病人比,醫師的判斷仍過於樂觀。

過去醫學史上常出現新藥實際沒療效,只能充當安慰劑效果的情況。圖/envatoelements

目前來說,法律已有規定,新藥必須用隨機化比較實驗來證明其安全性及有效性。但是對於其他醫療處置,比如手術,就沒有這項規定。上網搜尋「comparisons with historical controls」(以歷史對照組來比較)這個關鍵字,可以找到最近針對曾使用歷史對照組試驗的其他醫療處置,所做的研究。

對於隨機化實驗有一件重要的事必須注意。和隨機樣本一樣,隨機化實驗照樣要受機遇法則的「管轄」。就像抽一個選民的簡單隨機樣本時,有可能運氣不好,抽到的幾乎都是相同政治傾向一樣,隨機指派受試者時,也可能運氣不好,把抽菸的人幾乎全放在同一組。

我們知道,如果抽選很大的隨機樣本,樣本的組成和母體近似的機會就很大。同樣的道理,如果我們用很多受試者,加上利用隨機指派方式分組,也就有可能與實際情況非常吻合。受試者較多,表示實驗處理組的機遇變異會比較小,因此實驗結果的機遇變異也比較小。「用足夠多的受試者」和「同時比較數個處理」以及「隨機化」,同為「統計實驗設計」的基本原則。

實驗設計的原則
統計實驗設計的基本原則如下:
1. 要控制潛在變數對反應的影響,最簡單的方法是同時比較至少兩個處理。
2. 隨機化:用非人為的隨機方法指派受試者到不同的實驗處理組。
3. 每一組的受試者要夠多,以減低實驗結果中的機遇變異。

——本文摘自《統計,讓數字說話》,2023 年 1 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
132 篇文章 ・ 616 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。