悖论

三囚徒问题——得知同伴的命运,自己获救的概率却不变?

三囚徒问题——得知同伴的命运,自己获救的概率却不变?

大家好,我是 Senko。 本文将解读“三囚徒问题”

这个悖论与蒙提霍尔问题拥有本质相同的结构,它鲜明地展示了条件概率的直觉与计算之间的落差

图解

问题的设定

三名囚徒 A、B、C 被判处死刑。不过,已经决定随机赦免其中一人。谁会被释放,囚徒们尚不知情。

囚徒 A 拜托看守:“B 和 C 里面,把会被处刑的那个人的名字告诉我一个吧。三人中至少有一人会被处刑,告诉我这个信息应该没关系吧?”

看守回答:“B 会被处刑。”

囚徒 A 于是盘算起来:“一开始我获救的概率是 1/3。但既然知道了 B 会被处刑,获救的就只能是我或 C 其中之一。这么说,我获救的概率不就上升到 1/2 了吗?”

A 的推理正确吗?

直觉与真正的答案

A 的推理是错的

即使听了看守的信息,A 获救的概率也“仍然是 1/3”。而 C 获救的概率却上升到了 2/3

“咦?为什么 A 和 C 的概率不一样?”——这正是这个悖论有趣的地方。

为什么仍是 1/3

把所有情形列出来核对一下。按被赦免者是谁,分三种情形。

情形 1:A 被赦免(概率 1/3) 看守会在 B 和 C 中任选一人回答。回答“B 被处刑”的概率是 1/2。

情形 2:B 被赦免(概率 1/3) 看守只会回答“C 被处刑”,不会说“B 被处刑”(因为 B 被赦免了)。

情形 3:C 被赦免(概率 1/3) 看守回答“B 被处刑”(因为 B 确实会被处刑)。

看守回答“B 被处刑”的情形有:情形 1(概率 1/3 × 1/2 = 1/6)和情形 3(概率 1/3 × 1 = 1/3)。

在看守回答“B 被处刑”的条件下,A 被赦免的概率是 (1/6) ÷ (1/6 + 1/3) = (1/6) ÷ (1/2) = 1/3

同一条件下 C 被赦免的概率是 (1/3) ÷ (1/2) = 2/3

与蒙提霍尔问题的关系

您也许已经察觉了——这与蒙提霍尔问题的结构完全相同。

  • 三扇门 → 三名囚徒
  • 有大奖的门 → 被赦免的囚徒
  • 你的选择 → 囚徒 A 自己
  • 蒙提打开空门 → 看守说出被处刑者

蒙提霍尔问题的正解是“应该换门”;对应到三囚徒问题,就是“C 比 A 获救的概率更高”

看守只是把“B 和 C 中会被处刑的一方”告诉了 A。这个信息不影响 A 的概率,却影响剩下的 C 的概率。信息的作用是不对称的——这就是关键。

蒙提霍尔问题——换一扇门,中奖概率翻倍zh.senkohome.com/paradox-monty-hall/

囚徒 A 错在哪里

A 掉进的陷阱,是“候选人从 3 人减到 2 人→概率变成 1/2”这个推理。

候选减少本身有时确实会改变概率,但这里的重点是:“看守说出哪个名字”并不是随机的。看守绝不会说出被赦免者的名字,因此他的回答依赦免者是谁而带有偏向。

无视这种偏向、简单地想成“剩 2 个人所以是 1/2”——这就是直觉性错误的真面目。

推翻概率直觉的相关悖论

以下是与三囚徒问题同样推翻条件概率直觉的相关悖论。

结语

本文解读了“三囚徒问题”。

条件概率真的会狠狠背叛直觉。获得了信息,不代表概率会对称地改变——对于和统计打交道的人来说,这是极其重要的教训。

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