隨機過程:基礎

賭徒破產問題(gambler's ruin)

一位賭徒帶著一些錢走進賭場,每次下注一美元賭一場遊戲,每一局贏或輸一美元。他只在破產或達到目標財富時才停手。問題是永恆的:他在破產之前命中大獎的機會有多大,遊戲又會持續多久?這就是賭徒破產問題,它是裝上了兩道牆的簡單隨機漫步。

把它清楚地設定起來。賭徒以 i 美元出發,一直玩到達到 0(破產)或 N(目標)為止。每一局他以機率 p 贏 1、以機率 q = 1 - p 輸 1。位置是 {0, 1, ..., N} 上、兩端為吸收障壁的隨機漫步 —— 一旦撞上 0 或 N 你就停。對「公平」遊戲(p = q = 1/2),在破產之前達到目標 N 的機率就是簡單的 i/N —— 漂亮地正比於你已經走了多少路。對不公平的遊戲,公式變成 (q/p) 各次方的比值,而當 N 很大時,即便極小的莊家優勢也使破產近乎確定。公平遊戲的期望持續時間是 i(N - i),可能出奇地長。

這個教訓既發人深省又精確。面對一個略為不利的遊戲(賭場的優勢),若你持續朝固定目標下注,破產的機率是壓倒性的 —— 莊家優勢在許多次下注中無情地複利累積。即便在完全公平的遊戲中,若你對上一個資金遠多於你的對手(想想賭場,即 N - i 巨大),你贏走全部的機會也微乎其微,因為你很可能先撞上自己的零。這個問題是過程理論的基石:它是命中機率、吸收障壁與首次通過分析的原型,並直接連接到鞅與最佳停止。

你有 10 美元,想在一場公正擲幣遊戲(每局贏或輸 1)中達到 100。你在破產之前達到 100 的機會是 10/100 = 0.1 —— 只有十分之一。遊戲持續的期望局數是 10 乘以 (100 - 10) = 900。換成一個你輸的次數略多的賭場遊戲,那 0.1 的機會就崩塌到基本上是零。

公平遊戲:達標機率為 i/N;期望長度 i(N-i)。當 N 大時,微小的莊家優勢使破產近乎確定。

即便是完全公平的遊戲,也會懲罰一個資金被大幅碾壓的追逐目標者:對上實質上無窮的賭本,你贏走全部的機率趨於 0。而面對任何莊家優勢,長期而言破產基本上是確定的 —— 賭徒謬誤所謂連敗「該要」反轉的想法提供不了任何救援。

又称
gambler's ruinruin problemrandom walk with absorbing barriers賭徒破產破產問題