• 赠券收集者问题


    赠券收集者问题(coupon collector's problem),就是买东西的时候会又不同的卡片赠送,求集齐这些卡片需要购买的产品的数量的期望值。
    见wiki [coupon collector's problem https://en.wikipedia.org/wiki/Coupon_collector's_problem]

    以一个例子来说明:有种食品每袋都会附赠一张卡片,共有10种卡片,每种卡片出现的概率相等。

    首先来求当拥有i种卡片时,再拆开一袋得到不同卡片的概率Pi:
    a. 当我们没有任何卡片时,随意拆开就能得到一种不同的卡片,即第一种得到的卡片P0 = 1
    b. 当有了一种继续拆,此时得到新的种类的概率为P1 = 9 / 10
    ...当有了i种,此时得到新种类的概率为Pi = (10 - i) / 10

    我们知道了Pi的值,那么对于拆了i包后,拆开发现新卡片的次数期望为E = Pi * Ni,由于只需要然其发生一次即可令E=1反过来求对应的Ni,Ni = 1 / Pi,即拆1 / Pi包时可以发现一种新卡片(相对于已经拥有i种卡片)。

    那么发现全部卡片总共需要的包数 = N0 + N1 + N2 ... N9 = 10 / 10 + 10 / 9 + 10 / 8 ... 10 / 1 = 29.289682539682538

    即按期望来,买30包可以集齐卡片。

    下面给出了卡片等概率出现时,集齐卡片的期望次数:

    1 1.0
    2 3.0
    3 5.5
    4 8.33333333333
    5 11.4166666667
    6 14.7
    7 18.15
    8 21.7428571429
    9 25.4607142857
    10 29.2896825397
    11 33.2186507937
    12 37.2385281385
    13 41.3417388167
    14 45.5218725719
    15 49.7734348984
    16 54.0916638917
    17 58.4723928849
    18 62.9119454075
    19 67.4070534857
    20 71.9547931429
    21 76.5525328
    22 81.1978915048
    23 85.888704755
    24 90.6229962661
    25 95.3989544438
    26 100.214912622
    27 105.069332338
    28 109.960789091
    29 114.88796013
    30 119.849613928
    31 124.844601059
    32 129.871846254
    33 134.930341449
    34 140.019139675
    35 145.137349666
    36 150.284131085
    37 155.458690281
    38 160.660276505
    39 165.888178519
    40 171.141721557
    41 176.420264596
    42 181.723197879
    43 187.049940686
    44 192.399939306
    45 197.7726652
    46 203.167613315
    47 208.584300561
    48 214.022264403
    49 219.481061578
    50 224.960266916
    51 230.459472255
    52 235.978285436
    53 241.516329387
    54 247.073241262
    55 252.648671656
    56 258.242283868
    57 263.853753223
    58 269.482766437
    59 275.129021031
    60 280.792224777
    61 286.47209519
    62 292.168359046
    63 297.880751933
    64 303.609017837
    65 309.352908741
    66 315.11218426
    67 320.886611294
    68 326.675963702
    69 332.480021991
    70 338.298573035
    71 344.131409792
    72 349.978331057
    73 355.839141211
    74 361.713649994
    75 367.601672291
    76 373.503027922
    77 379.417541447
    78 385.345041986
    79 391.285363037
    80 397.238342316
    81 403.203821595
    82 409.181646553
    83 415.171666632
    84 421.173734905
    85 427.18770794
    86 433.21344568
    87 439.250811328
    88 445.299671228
    89 451.359894765
    90 457.431354256
    91 463.513924859
    92 469.607484473
    93 475.711913652
    94 481.827095519
    95 487.952915684
    96 494.089262165
    97 500.236025313
    98 506.393097739
    99 512.560374246
    100 518.737751764
    101 524.925129282
    102 531.122407789
    103 537.329490219
    104 543.546281386
    105 549.772687938
    106 556.008618299
    107 562.253982622
    108 568.50869274
    109 574.772662118
    110 581.045805807
    111 587.328040405
    112 593.619284012
    113 599.919456191
    114 606.228477927
    115 612.546271593
    116 618.872760911
    117 625.207870919
    118 631.551527936
    119 637.903659528
    

    E = n / n + n / (n-1) + n/ (n-2) ... n / 1

    当卡片出现的概率不是相等的时候,Pi的计算过程就麻烦许多

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