三色摸球游戏
袋中摸球,当试验次数足够多时,摸到目标色球的频率会稳定收敛于它的理论概率——这就是大数定律最朴素的样子。
游戏规则
- 目标每局从红、绿、蓝各 8 颗(共 24 颗)中不放回抽取 12 颗,观察颜色组合。
- 操作点击「抽一次」进行一局,或用「批量抽
次」快速累积样本。
- 判定将 12 颗按红、绿、蓝数量从大到小排成三位数编号,对照奖惩表结算筹码(每局先扣 1 筹码)。
- 提示点「揭秘」查看筹码趋势;展开下方「原理揭秘」,了解各组合概率与收益的详细推导。
三色摸球游戏
红 绿
蓝各 8 颗 · 每局抽取 12 颗
本轮筹码趋势
各结果出现次数
统计本轮全部抽取结果,重置后清零;手机上可横向滑动查看。
小球展示三色数量,颜色可互换。命中行显示本局实际颜色。右列为奖惩,每局另扣 1 枚。
参数说明
- 球堆构成红
绿
蓝各 8 颗,共 24 颗,单次理论概率均为
- 每局抽取不放回抽取 12 颗,决定本局颜色编号
- 起始筹码1000 筹码,每参与一局先扣除 1 筹码
操作指南
- 点「抽一次
批量抽
次」累积样本。
- 观察球从箱内逐颗移入托盘;抽完后,对应奖惩行会高亮。
- 批量抽取使用快速模式;点「查看筹码趋势」查看历史变化。
一、先分清“一局内”与“不同局之间”
箱中红、绿、蓝球各 8 颗,共 24 颗;一局内均匀随机、不放回地抽取 12 颗。设红、绿、蓝球的数量分别为 、
、
,则
,且每个数量都是 0 到 8 之间的整数。下一局重新从完整的 24 颗球开始,因此理论模型假定不同局相互独立、规则相同。
“不放回”意味着同一局内各次抽球不独立。例如第一颗抽到红球后,第二颗为红球的概率从 变成
;若第一颗是绿球,第二颗为红球的概率则为
。因此不能直接把 12 次抽球当作红、绿、蓝概率始终为
的独立试验。
二、为什么分母是 C(24,12)
先给每颗球编号,即使同色球也视为不同个体。记 C(n,k) 为“从 个不同对象中选出
个,不计先后顺序”的选法数。先按顺序选有
种;每组选中的对象被它们的 k! 种排列重复计算,所以需要除以 k!:
本实验只关心抽到了哪些球,不关心先后顺序,因此一共有 2,704,156 个可能的 12 球子集。均匀不放回抽样下,每条有序抽取序列的概率都是
,而每个子集恰好对应 12! 条序列,所以这些具体球的子集等可能。颜色数量组合并不等可能,因为它们包含的子集数不同。
三、固定颜色的概率:多元超几何分布
固定红球 颗、绿球
颗、蓝球
颗后,从红球中选出所需个体有 C(8,r) 种方式,绿球有 C(8,g) 种,蓝球有 C(8,b) 种。每个红球选法可以搭配每个绿球、蓝球选法,按乘法计数原理相乘;这不表示抽球事件相互独立。
这就是多元超几何分布,适用于 且
的整数情形,其他情形的概率为 0。例如,恰好 5 红、4 绿、3 蓝的选法数为
,概率为
8.118%。这里还没有把其他颜色分配合并进来。
四、为什么编号 543 要乘 6,552 只乘 3
游戏把三色数量从大到小排序,得到编号 abc,其中 。编号 543 表示某种颜色 5 颗、另一种 4 颗、剩下一种 3 颗,并不指定哪种颜色对应哪个数量。固定红、绿、蓝顺序后,它包含
、
、
、
、
、
六个互不重叠的事件;三色库存相同,所以六个事件概率也相同,相加就是乘 6。
编号 552 只包含 、
、
三种分配:交换两个“5”不会产生新事件。444 则只有
一种。一般地,若相同数字的重复次数是
、
、…,不同颜色分配数为
:三个数不同取 6,两个相同取 3,全部相同取 1。
840:。
543:。
552:。
444:。
为什么恰好有 13 种编号?最大数量 至少为 4、至多为 8。逐一令
、7、6、5、4,并要求
、
,就分别得到:840、831、822;750、741、732;660、651、642、633;552、543;444。这 13 种是排序后的类型;保留红绿蓝身份时共有 61 个数量三元组,不能混为一谈。
大奖金额高,出现概率却极小。840 奖励 100 枚(净赚 99 枚),但概率只有约 0.015532%。如果固定进行 2000 局独立抽取,出现次数的期望是 0.31 次;进行 20,000 局,才平均约出现 3.1 次。这是大量重复实验的平均值,不保证某一轮出现,也不是每隔固定局数必出大奖。
五、奖励不等于净收益
记奖惩表中的数值为 ,单局筹码变化为
。因为每局先扣 1 枚,所以
。抽到 840 时净赚 99 枚;抽到奖励 +1 的组合时净收益为 0;抽到 543 时先付 1 枚再扣 10 枚,实际净亏 11 枚。
把 13 类按净收益合并:净亏的概率为 ;持平的概率为
;净赚的概率为 P(X
。因此“奖惩表里多数号码是正数”不代表容易盈利:号码不等可能,而且 +1 仅够抵消入场成本。
六、一步步算出每局期望
期望是按概率加权的平均值,不是把 13 个奖惩数字简单平均。设 为编号 abc 的概率,按相同奖惩合并后:
所有概率的分母都是 2,704,156。各奖励组对应的抽法数依次为 420、5,040、5,040、102,144、1,274,392、1,317,120,因此可以直接用整数计算,避免提前四舍五入:
也可直接从净收益看:543 对期望的贡献为 枚;所有净赚组合合计贡献约 +0.1053 枚,持平组合贡献 0,相加仍为
枚。大奖的数值很大,但概率太小,无法抵消常见的损失。
七、负期望如何变成长期亏损
先考虑筹码不足也能继续记账的数学模型。第 局净收益记为
,
局后的筹码为
。期望的线性性质给出
。这是一组重复实验的平均趋势,不是每条实际曲线都会沿着直线下降。
各局独立同分布,且收益有界,满足强大数定律的条件。上式表示:在可以无限继续的模型中,平均净收益以概率 1 趋向负数。于是 也趋向
,筹码最终趋向负无穷,所以必然曾经到达 0 或以下。
实际游戏在首次 时停止。它与上述假想序列在停止前完全一致,因此,在规则不变、不补充筹码并持续玩到破产的条件下,最终破产概率为 1。这不表示每个人都会在某个固定局数前破产,也不否认短期盈利后主动退出的可能。
用 190.4 局只能估计资金耗尽的时间尺度,不能直接当作精确的平均破产时间:最后一次
可能把余额从正数带到负数,破产时刻也因路径而异。页面的实际曲线在破产处停止,因此不能把无限继续模型的期望直线直接套到停止后的余额上。
八、怎样理解实验中的波动
对某个编号,令 在第
局出现该编号时为 1,否则为 0。其频率就是
,由大数定律趋向理论概率
。收敛不表示误差每局都缩小;若事先固定局数
并完成全部独立抽样,频率的标准差为
,可用它理解有限样本的随机起伏。
例如 840 的概率 。连续
局至少出现一次的概率为
;在允许一直抽取的模型里,等到首次出现的平均局数为
,并不是“每隔 6,438 局必出一次”。连续没中也不会改变下一局的概率,因为下一局会重新装满箱子并独立抽样。
本实验中,只要决定再玩一局,给定此前全部结果,该局的条件期望仍为 0。等待、换抽取节奏或“等大奖补偿”都不能改变这个概率分布。有限次模拟可以展示这种趋势,但即使某批模拟全部破产,也不能代替上面的概率论证明。