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数学花园漫游记:名师揭示侦查问题

时间:2023-07-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:侦查员小王接到命令,去跟踪一个重要的间谍“熊”。他想:这3个间谍如果不一块儿出来,可能最先出来的是“熊”,也可能最后出来的是“熊”,也可能中间那一个是“熊”,我应该跟踪哪一个呢?三场比赛结束后,田忌一场败而两场胜,最终赢得齐王的千金赌注。就像马希文教授的文章“该跟踪谁”的问题,有时候一个简单的策略,就可以解决复杂棘手的问题,甚至还能计算出有多大的可能性取胜或者失败。

数学花园漫游记:名师揭示侦查问题

侦查员小王接到命令,去跟踪一个重要的间谍“熊”。现在,“熊”正在一间密室里和另外两个间谍碰头。小王只知道“熊”是3个人中最高的一个,但是无法看到他们3个人碰头的情况,因而也不知道3个人中哪个身材最高。小王只能在门口等待他们出来。他想:这3个间谍如果不一块儿出来,可能最先出来的是“熊”,也可能最后出来的是“熊”,也可能中间那一个是“熊”,我应该跟踪哪一个呢?

3个间谍在密室里也正考虑呢,为了防备外面有人盯梢,谁先出去好呢?

这就是一个对策论的问题。

对策论是现代数学的一个重要分支,在军事公安、经济和日常生活各个方面,都很有用处。由于对策论经常用智力游戏——打扑克、下棋等做模型,所以又叫博弈论。博就是赌博,弈就是下棋。其实,赌博如果去掉输赢财物的规定,就是智力游戏。

再举一个例子:有人要买外国一家公司的一条旧船。他知道这家公司有3条旧船,价格一样。双方商定先看第一条船,如果他表示不要,再看第二条船,如果又表示不要,再看第三条船。既然3条船价格一样,他当然要尽可能买最好的,但是哪一条是最好的呢?

公司呢?它知道这次只能卖掉一条船,为了多赚一些钱,当然希望把最坏的一条卖掉,那它应该按什么顺序介绍呢?

这两个对策论的问题含义是不同的,但是在数学上,它们是相同的问题。

一般的对策问题都是这样:双方各有一些可以采取的策略,一旦双方的策略都确定了,就会出现一定的结果,问题是双方怎样找到最好的策略?

孩子们很喜欢的“石头、剪子、布”划拳游戏,就可以作为对策论的一个例子:甲乙两人同时伸出手来,做出石头、剪子、布的样子。两个人如果手势相同,就算平局;如果不同,石头可以砸坏剪子,剪子可以把布剪破,布可以把石头包起来,那就有了胜负。

在这个问题里,甲和乙各有3种可以采取的策略。结果如何?我们列出一个输赢表来(见下表)。

这是甲的“得分”表。“0”表示平局,“-1”表示输,“1”表示赢。

我们把对策问题列成这样的表,就成了“表上游戏”。这种表是由若干行和若干列数字组成。甲可以指定其中的某一横行,乙可以指定其中的某一竖行。规定他们同时说出他们指定的横行或竖行。在这两行的交叉点上的数,就是甲得到的分数。例如在下面这个表里:(www.xing528.com)

如果甲指定第二横行,乙指定第三竖行,甲就得到-3分,也就是说输3分。

到此为止,我们为对策问题找到了一个数学模型。在代数课上,我们常常要为一个应用题列出方程式来。这个方程式就是应用问题的数学模型。有了数学模型,我们就可以暂时丢开原来的应用问题,全力去解决这个数学模型中的问题了。

所以现在,我们就暂时丢开什么“熊”呀、船呀、手势呀,全力以赴去研究这样的一个问题:

在表上游戏中,怎样找出最好的策略。

名师导读

读了这篇文章,不知道同学们是什么感受,惊讶于数学的神奇吗?连石头剪刀布都可以用表格来表示。我还想起了一个战国时的故事《田忌赛马》。

话说齐国使者到大梁来,孙膑刑徒的身份秘密拜见,劝说齐国使者。齐国使者觉得此人是个奇人,就偷偷地把他载回齐国。齐国将军田忌非常赏识他,并且待如上宾。田忌经常与齐国众公子赛马,设重金赌注。孙膑发现他们的马脚力都差不多,马分为上、中、下三等,于是对田忌说:“您只管下大赌注,我能让您取胜。”田忌相信并答应了他,与齐王和各位公子用千金来赌注。比赛即将开始,孙膑说:“现在用您的下等马对付他们的上等马,用您的上等马对付他们的中等马,用您的中等马对付他们的下等马。”三场比赛结束后,田忌一场败而两场胜,最终赢得齐王的千金赌注。因此田忌把孙膑推荐给齐威王。齐威王向他请教了兵法,于是把他当成老师。

这不仅仅是一个故事,里面蕴含着数学中博弈论的思想,博是赌博,弈是下棋。当不考虑赌博中金钱的获得与损失时,赌博游戏就是一个高阶的智力游戏,也就是数学游戏。就像马希文教授的文章“该跟踪谁”的问题,有时候一个简单的策略,就可以解决复杂棘手的问题,甚至还能计算出有多大的可能性取胜或者失败。

例:有两个囚犯(A和B),作案后被警方抓住,分别关在不同的房间隔离审讯,警方的政策是“坦白从宽,抗拒从严”,如果两个人都坦白各判刑8年,如果两个人都不坦白,因为证据不足各判刑1年,其中一个坦白,另一个不坦白,坦白的放出去,不坦白的判刑10年,这两个囚犯互相没有商量,他们会采取什么样的策略?

答案:站在A的角度,如果B坦白了,他最好坦白,8年总比10年好;如果B不坦白,A最好也坦白,不判刑总比1年好,所以A会选择坦白。而站在B的角度上,也是一样的,所以A和B都会坦白。

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