前几天和甜甜还有另一个好朋友出门看展览,在大门口等人时无聊到一块块数地砖。由此想到了一个关于石头剪刀布的小游戏,可以作为数学思维小问题和大家分享。
站在美术馆门前百无聊赖的我,随口编了个游戏规则:
以地砖格子为单位,石头赢了向前走1格,剪刀赢了走2格,布赢了走3格。先走到终点的人胜利。
游戏进行了几个回合之后,差距悬殊很明显,甜甜连续走了两次3格,一次2格,已经遥遥领先了。
仔细想不难发现,这个游戏规则有bug。想要赢的秘诀是“千万不要出石头”。因为出石头如果赢了只能走1格,但是如果输了对方要走3格,是为下策。
1这里可以用非合作博弈模型来解释:
A/B石头剪刀布石头(0,0)(1,0)(0,3)剪刀(0,1)(0,0)(2,0)布(3,0)(0,2)(0,0)以上表格里,括号中的数字分别代表A和B可以前进的格子数量,列出了3*3共九种可能性。每一种可能性分别是1/9,出现的机会均等。但是布和石头的组合的结果为(3,0),获得格子数是石头剪刀组合(1,0)的3倍。这就意味着布赢一次相当于石头赢三次。换个角度来说,石头赢一次只能获得一格(1,0),输一次却要落后三个格子(0,3)。
因此从理性的角度考虑,在这个游戏中应该避免出石头,多出布。
2前面解释了游戏规则和其中的漏洞,那么如果A意识到出石头不划算,只出剪刀和布,B还是随机出石头剪刀布,则是下面的结果:
A/B石头剪刀布剪刀(0,1)(0,0)(2,0)布(3,0)(0,2)(0,0)显然A赢的概率要大一些,但也不是一定会赢。
(此处略过计算概率的讲解。)
3那么假设两个人都意识到出石头不划算呢?
A/B剪刀布剪刀(0,0)(2,0)布(0,2)(0,0)模型变得简单了:只有0步或者2步,胜负概率各50%。游戏变得更公平了。
4再举个例子,有这样一个小游戏:
一共有12块糖,A和B两人依次拿,每人每次可以任意拿1颗或者2颗。拿到最后一颗糖的人胜,会获得额外奖励。
看起来每次都是随机选择,可以是1-1-2-2-1-2-2-1各种组合。那么会不会有必胜的方法呢?
选择后拿的人,一定会赢。秘诀是“保证每回合两人拿的总数是3”。如果先手拿1,后手就拿2;反之先手拿2后手就拿1。每一回合总数是3,而12是可以被3整除的,所以后手一定可以拿到最后一块糖。
总结生活中很多小细节都可以是培养小朋友思维方式的例子,思维方式(或者说方法论),不需要多么高级复杂的知识储备,比如本文中提到的两个例子,只需要小学数学低年级数学水平就可以理解。学习的重点是“学以致用”,养成良好的思考习惯。
END问号菌点这里会变聪明??