Jump to content

Парадокс Паррондо

Парадокс Паррондо , парадокс в теории игр , был описан так: комбинация проигрышных стратегий становится выигрышной стратегией . [ 1 ] Он назван в честь своего создателя Хуана Паррондо , открывшего парадокс в 1996 году. Более поясняющее описание таково:

Существуют пары игр, каждая из которых имеет более высокую вероятность проигрыша, чем выигрыша, для которых можно построить выигрышную стратегию, играя в игры поочередно.

Паррондо придумал этот парадокс в связи со своим анализом броуновского храповика , мысленного эксперимента о машине, которая якобы может извлекать энергию из случайных тепловых движений, популяризированного физиком Ричардом Фейнманом . Однако парадокс исчезает при тщательном анализе. [ 2 ] Выигрышные стратегии, состоящие из различных комбинаций проигрышных стратегий, изучались в биологии до публикации парадокса Паррондо. [ 3 ]

Наглядные примеры

[ редактировать ]

Простой пример

[ редактировать ]

Рассмотрим две игры: Game A и Game B со следующими правилами:

  1. В игре А вы теряете 1 доллар каждый раз, когда играете.
  2. В игре B вы подсчитываете, сколько денег у вас осталось ⁠ ⁠ — если это четное число, вы выигрываете 3 доллара, в противном случае вы теряете 5 долларов.

Допустим, вы начинаете со 100 долларами в кармане. Если вы начнете играть исключительно в Игру А, вы, очевидно, потеряете все свои деньги за 100 раундов. Аналогично, если вы решите играть исключительно в Игру Б, вы также потеряете все свои деньги за 100 раундов.

Однако рассмотрите возможность играть в игры поочередно, начиная с игры Б, затем А, затем Б и так далее (БАБАБА...). Легко увидеть, что вы будете стабильно зарабатывать в общей сложности 2 доллара за каждые две игры.

Таким образом, хотя каждая игра является проигрышной, если играть в нее в одиночку, поскольку на результаты игры Б влияет игра А, последовательность, в которой проводятся игры, может повлиять на то, как часто игра Б приносит вам деньги, и, следовательно, результат будет другим. из случая, когда любая игра ведется сама по себе.

Пример пилообразного зуба

[ редактировать ]
Рисунок 1

Рассмотрим пример, в котором есть две точки A и B , имеющие одинаковую высоту, как показано на рисунке 1. В первом случае мы имеем соединяющий их плоский профиль. Здесь, если мы оставим несколько круглых шариков в середине, которые случайным образом движутся взад и вперед, они будут катиться случайным образом, но в обоих концах с равной вероятностью. Теперь рассмотрим второй случай, когда между двумя точками имеется пилообразный профиль. Здесь также шарики будут катиться в обе стороны в зависимости от местного уклона. если мы наклоним весь профиль вправо, как показано на рисунке 2, станет совершенно ясно, что оба этих случая будут смещены в сторону B. Теперь ,

Теперь рассмотрим игру, в которой мы чередуем два профиля, разумно выбирая время между чередованием одного профиля на другой.

Рисунок 2

Когда мы оставляем несколько шариков на первом профиле в точке E , они распределяются по плоскости, демонстрируя преимущественное движение к B. точке Однако, если мы применим второй профиль, когда некоторые шарики пересекли точку C , но ни один не пересек точку D , мы в конечном итоге получим большинство шариков обратно в точку E (откуда мы начали изначально), но некоторые также в долине. к точке А, если у шариков будет достаточно времени, чтобы докатиться до долины. Затем мы снова применяем первый профиль и повторяем шаги (точки C , D и E теперь сдвинуты на один шаг, чтобы относиться к последней долине, ближайшей к A ). Если ни один шарик не пересекает точку C до того, как первый шарик пересечет точку D , мы должны применить второй профиль незадолго до того, как первый шарик пересечет точку D , чтобы начать все сначала.

что в конечном итоге у нас будут шарики в точке А , но не будет ни одного в точке Б. Отсюда легко следует , Следовательно, если мы определим наличие шариков в точке А как победу, а наличие шариков в точке Б как проигрыш, мы явно выиграем, чередуя (в правильно выбранное время) игру в две проигрышные игры.

Пример подбрасывания монеты

[ редактировать ]

Третий пример парадокса Паррондо взят из области азартных игр. Рассмотрим две игры, игру А и игру Б, по следующим правилам. Для удобства определите быть нашей столицей в момент времени t , непосредственно перед тем, как мы сыграем в игру.

  1. Победа в игре приносит нам 1 доллар, а проигрыш требует от нас сдать 1 доллар. Отсюда следует, что если мы выиграем на шаге t и если мы проиграем на шаге t .
  2. В игре А мы подбрасываем монету с вероятностью выигрыша, Монету 1. , где — некоторая небольшая положительная константа. В долгосрочной перспективе это явно проигрышная игра.
  3. В игре B мы сначала определяем, кратен ли наш капитал некоторому целому числу. . Если да, то мы подбрасываем монету «Монета 2» с вероятностью выигрыша. . Если это не так, мы подбрасываем еще одну смещенную монету, монету 3, с вероятностью выигрыша. . Роль по модулю обеспечивает периодичность как в храповых зубьях.

Понятно, что, играя в игру А, мы почти наверняка проиграем в долгосрочной перспективе. Хармер и Эбботт [ 1 ] показать с помощью моделирования, что если и Игра Б также почти наверняка проигрышная. Фактически, игра B представляет собой цепь Маркова , и анализ ее матрицы переходов состояний (опять же с M=3) показывает, что устойчивая вероятность использования монеты 2 равна 0,3836, а вероятность использования монеты 3 — 0,6164. [ 4 ] Поскольку монета 2 выбирается почти в 40% случаев, она оказывает непропорционально большое влияние на выигрыш в игре B и приводит к тому, что игра оказывается проигрышной.

Однако, когда эти две проигрышные игры проводятся в некоторой чередующейся последовательности - например, две игры А, за которыми следуют две игры Б (ААББААББ...), комбинация двух игр, как это ни парадоксально, является выигрышной игрой. Не все чередующиеся последовательности A и B приводят к выигрышу в игре. Например, одна игра A, за которой следует одна игра B (ABABAB...), является проигрышной игрой, а одна игра A, за которой следуют две игры B (ABBABB...), является выигрышной игрой. Этот пример с подбрасыванием монеты стал канонической иллюстрацией парадокса Паррондо: две игры, обе проигрышные, если играть по отдельности, становятся выигрышными, если играть в определенной чередующейся последовательности.

Разрешение парадокса

[ редактировать ]

Очевидный парадокс был объяснен с использованием ряда сложных подходов, включая цепи Маркова, [ 5 ] мигающие трещотки, [ 6 ] имитация отжига , [ 7 ] и теория информации. [ 8 ] Один из способов объяснить кажущийся парадокс заключается в следующем:

  • В то время как игра B является проигрышной игрой при распределении вероятностей, которое приводит к модуль когда играется индивидуально( модуль это остаток, когда делится на ), это может быть выигрышная игра при других распределениях, поскольку существует хотя бы одно состояние, в котором ее ожидание положительное.
  • Поскольку распределение результатов игры B зависит от капитала игрока, эти две игры не могут быть независимыми. Если бы это было так, игра в любой последовательности также привела бы к проигрышу.

Роль теперь выходит на первый план. Он служит исключительно для создания зависимости между играми А и Б, так что игрок с большей вероятностью войдет в состояния, в которых игра Б имеет положительное ожидание, что позволяет ему преодолеть потери от игры А. При таком понимании парадокс разрешается сам собой. : Отдельные игры проигрышны только при распределении, отличном от того, которое реально встречается при игре в составную игру. Подводя итог, можно сказать, что парадокс Паррондо является примером того, как зависимость может нанести ущерб вероятностным вычислениям, выполненным в рамках наивного предположения о независимости. Более подробное изложение этого вопроса, а также несколько связанных с ним примеров можно найти у Филипса и Фельдмана. [ 9 ]

Приложения

[ редактировать ]

Парадокс Паррондо широко используется в теории игр и его применении в инженерии, демографической динамике, [ 3 ] финансовый риск и т. д. являются областями активных исследований. Игры Паррондо не имеют практической пользы, например, для инвестирования в фондовые рынки. [ 10 ] поскольку оригинальные игры требуют, чтобы выигрыш хотя бы в одной из взаимодействующих игр зависел от капитала игрока. Однако игры не должны ограничиваться своей первоначальной формой, и работа по обобщению этого явления продолжается. Сходство с накачкой волатильности и проблемой двух конвертов [ 11 ] были указаны. Простые модели доходности ценных бумаг из учебников финансов были использованы для доказательства того, что отдельные инвестиции с отрицательной медианной долгосрочной доходностью могут быть легко объединены в диверсифицированные портфели с положительной медианной долгосрочной доходностью. [ 12 ] Аналогичным образом, модель, которая часто используется для иллюстрации оптимальных правил ставок, использовалась для доказательства того, что разделение ставок между несколькими играми может превратить отрицательную медианную долгосрочную доходность в положительную. [ 13 ] В эволюционной биологии как случайные фазовые вариации бактерий [ 14 ] и эволюция менее точных датчиков [ 15 ] были смоделированы и объяснены в терминах парадокса. В экологии периодическое чередование некоторых организмов между кочевым и колониальным поведением было предложено как проявление парадокса. [ 16 ] Было интересное применение в моделировании многоклеточного выживания вследствие парадокса. [ 17 ] и некоторые интересные дискуссии о целесообразности этого. [ 18 ] [ 19 ] Приложения парадокса Паррондо можно найти и в теории надежности. [ 20 ]

В ранней литературе о парадоксе Паррондо обсуждалось, является ли слово «парадокс» подходящим описанием, учитывая, что эффект Паррондо можно понять в математических терминах. «Парадоксальный» эффект можно математически объяснить с помощью выпуклой линейной комбинации.

Однако Дерек Эбботт , ведущий исследователь этой темы, дает следующий ответ относительно использования слова «парадокс» в этом контексте:

Действительно ли парадокс Паррондо является «парадоксом»? Этот вопрос иногда задают математики, тогда как физики обычно не беспокоятся о таких вещах. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что «парадокс Паррондо» — это всего лишь название, точно так же, как « парадокс Брасса » или « парадокс Симпсона ». Во-вторых, как и в случае с большинством названных парадоксов, все они на самом деле являются кажущимися парадоксами. В таких случаях люди опускают слово «очевидно», поскольку оно слишком громкое и в любом случае очевидное. Поэтому никто не утверждает, что это парадоксы в строгом смысле этого слова. В широком смысле парадокс — это просто нечто противоречащее здравому смыслу. Игры Паррондо определенно противоречат здравому смыслу — по крайней мере, до тех пор, пока вы интенсивно не изучите их в течение нескольких месяцев. Правда в том, что мы все еще продолжаем находить новые удивительные вещи, которые нас радуют, исследуя эти игры. Один математик жаловался мне, что игры всегда были для него очевидны, и поэтому нам не следует использовать слово «парадокс». Он либо гений, либо вообще никогда этого не понимал. В любом случае с такими людьми спорить не стоит. [ 21 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Хармер, врач общей практики; Эбботт, Д. (1999). «Проигрышные стратегии могут привести к победе благодаря парадоксу Паррондо» . Природа . 402 (6764): 864. дои : 10.1038/47220 . S2CID   41319393 .
  2. ^ Шу, Цзянь-Цзюнь; Ван, К.-В. (2014). «За пределами парадокса Паррондо» . Научные отчеты . 4 (4244): 4244. arXiv : 1403.5468 . Бибкод : 2014NatSR...4E4244S . дои : 10.1038/srep04244 . ПМК   5379438 . ПМИД   24577586 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Янсен, ВАА; Ёсимура, Дж. (1998). «Популяции могут сохраняться в среде, состоящей только из мест обитания раковин» . Труды Национальной академии наук США . 95 (7): 3696–3698. Бибкод : 1998PNAS...95.3696J . дои : 10.1073/pnas.95.7.3696 . ЧВК   19898 . ПМИД   9520428 . .
  4. ^ Д. Минор, «Парадокс Паррондо - надежда для неудачников!», The College Mathematics Journal 34 (1) (2003) 15-20
  5. ^ Хармер, врач общей практики; Эбботт, Д. (1999). «Парадокс Паррондо» . Статистическая наука . 14 (2): 206–213. дои : 10.1214/ss/1009212247 .
  6. ^ Г. П. Хармер, Д. Эбботт , П. Г. Тейлор и Дж. М. Р. Паррондо , в Proc. 2-й Межд. Конф. Нерешенные проблемы шума и флуктуаций , Д. Эбботт и Л. Б. Киш , ред., Американский институт физики, 2000 г.
  7. ^ Хармер, врач общей практики; Эбботт, Д .; Тейлор, П.Г. (2000). «Парадокс игр Паррондо». Труды Лондонского королевского общества А. 456 (1994): 1–13. Бибкод : 2000RSPSA.456..247H . дои : 10.1098/rspa.2000.0516 . S2CID   54202597 .
  8. ^ Г.П. Хармер, Д. Эбботт , П.Г. Тейлор, С.Э.М. Пирс и Дж.М.Р. Паррондо, Информационная энтропия и храповик Паррондо в дискретном времени , в Proc. Стохастическая и хаотическая динамика в озерах , Эмблсайд, Великобритания, PVE McClintock , изд., Американский институт физики, 2000 г.
  9. ^ Томас К. Филипс и Эндрю Б. Фельдман, Парадокс Паррондо не парадоксальный , Рабочие документы Сети социальных исследований (SSRN), август 2004 г.
  10. ^ Айенгар, Р.; Кохли, Р. (2004). «Почему парадокс Паррондо не имеет отношения к теории полезности, покупке акций и возникновению жизни». Сложность . 9 (1): 23–27. дои : 10.1002/cplx.10112 .
  11. ^ Победа при проигрыше: новая стратегия решает парадокс «двух конвертов» на Physorg.com
  12. ^ Штутцер, Майкл. «Парадокс диверсификации» (PDF) . Проверено 28 августа 2019 г.
  13. ^ Штутцер, Майкл. «Простой парадокс Паррондо» (PDF) . Проверено 28 августа 2019 г.
  14. ^ Вольф, Дениз М.; Вазирани, Виджай В.; Аркин, Адам П. (21 мая 2005 г.). «Разнообразие во времена невзгод: вероятностные стратегии в играх на выживание микробов». Журнал теоретической биологии . 234 (2): 227–253. Бибкод : 2005JThBi.234..227W . дои : 10.1016/j.jtbi.2004.11.020 . ПМИД   15757681 .
  15. ^ Чеонг, Кан Хао; Тан, Цзун Сюань; Се, Нэн-ган; Джонс, Майкл К. (14 октября 2016 г.). «Парадоксальный эволюционный механизм в стохастически меняющейся среде» . Научные отчеты . 6 : 34889. Бибкод : 2016NatSR...634889C . дои : 10.1038/srep34889 . ISSN   2045-2322 . ПМК   5064378 . ПМИД   27739447 .
  16. ^ Тан, Цзун Сюань; Чонг, Кан Хао (13 января 2017 г.). «Кочевнические колониальные стратегии жизни обеспечивают парадоксальное выживание и рост, несмотря на разрушение среды обитания» . электронная жизнь . 6 : е21673. дои : 10.7554/eLife.21673 . ISSN   2050-084X . ПМК   5319843 . ПМИД   28084993 .
  17. ^ Джонс, Майкл С.; Ко, Цзинь Мин; Чонг, Кан Хао (5 июня 2018 г.). «Многоклеточное выживание как следствие парадокса Паррондо» . Труды Национальной академии наук . 115 (23): Е5258–Е5259. Бибкод : 2018PNAS..115E5258C . дои : 10.1073/pnas.1806485115 . ISSN   0027-8424 . ПМК   6003326 . ПМИД   29752380 .
  18. ^ Нельсон, Пол; Мазель, Джоанна (11 мая 2018 г.). «Ответ Чеонгу и др.: Выживание одноклеточных исключает парадокс Паррондо» . Труды Национальной академии наук . 115 (23): Е5260. Бибкод : 2018PNAS..115E5260N . дои : 10.1073/pnas.1806709115 . ISSN   0027-8424 . ПМК   6003321 . ПМИД   29752383 .
  19. ^ Чеонг, Кан Хао; Ко, Цзинь Мин; Джонс, Майкл К. (21 февраля 2019 г.). «Играют ли арктические зайцы в игры Паррондо?». Флуктуационные и шумовые буквы . 18 (3): 1971001. Бибкод : 2019FNL....1871001C . дои : 10.1142/S0219477519710019 . ISSN   0219-4775 . S2CID   127161619 .
  20. ^ Ди Крещенцо, Антонио (2007). «Парадокс Паррондо в теории надежности» (PDF) . Ученый-математик . 32 (1): 17–22. [ постоянная мертвая ссылка ]
  21. ^ Эбботт, Дерек. «Официальная страница парадокса Паррондо» . Университет Аделаиды. Архивировано из оригинала 21 июня 2018 года.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 484513d636b27397cf1128adec31a165__1709232120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/48/65/484513d636b27397cf1128adec31a165.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Parrondo's paradox - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)