Выбрать главу

Покажем, что вероятность в правой части (1) убывает, когда i возрастает, а вероятность в левой части (1) возрастает с возрастанием i, и потому существует выбор шага i, после которого предпочтительнее удержать максимальное приданое, нежели продолжать испытания. Вычисляя затем вероятность выигрыша для такой стратегии, найдем оптимальный выбор значения s.

После нескольких первых ходов в этой игре мы можем еще прибегнуть ко всем стратегиям, определяемым последующими вытаскиваниями, так как мы всегда можем пропустить часть билетов, пока не достигнем нужного нам числа билетов. Следовательно, вероятность в правой части неравенства (1) не возрастает с ростом i. При i = 0 это искомая оптимальная вероятность, а при i = n − 1 эта вероятность равна 1/n как вероятность выигрыша при выборе на последнем шагу.

Вероятность того, что на i-м шагу максимальное приданое больше всех имеющихся, равна вероятности того, что наилучший номер находится на одном из первых i билетов, а именно, равна i/n, что является строго возрастающей от 1/n до 1 функцией от i. Поэтому значение i/n в какой-то точке превосходит вероятность выигрыша при продолжении испытаний. Таким образом, оптимальная стратегия может быть задана следующим правилом: пропустить s − 1 первых номеров и выбрать затем первого лидера, т. е. первый номер, который больше всех предыдущих. Сосчитаем вероятность выигрыша для такой стратегии. Вероятность правильного решения есть вероятность появления ровно одного лидера между s-м шагом и n-м. Вероятность того, что наилучший билет появился на k-м шагу, равна 1/n. Вероятность того, что максимум первых k − 1 номеров появился среди первых s − 1 номеров, есть (s − 1)/(k − 1). Произведение (s − 1)/[n·(k − 1)] дает вероятность того, что мы выиграем при выборе k, skn. Суммируя эти числа, получим вероятность π(s, n) получения наилучшего приданого при оптимальной стратегии

          (2)

Так как первое вытаскивание всегда дает максимальный номер, то π(1, n) = 1/n. Заметим, что при n = 4, s = 2 имеем π(1, n) = 11/24, как и в нашем примере.

Оптимальное значение s, скажем, s*, есть минимальное s, для которого имеет место неравенство (1), т. е. это наименьшее s, для которого

          (3)

или, что равносильно, такое s, для которого

          (4)

Оптимальное значение s и вероятности выигрыша для задачи о приданных
n s π(s, n) n s π(s, n)
1 1 1.000 10 4 0.399
2 1 0.500 20 8 0.384
3 2 0.500 50 19 0.374
4 2 0.458 100 38 0.371
5 3 0.433 n/e 1/e ≈ 0.368

Эта таблица дает оптимальные значения s и соответствующие им вероятности правильного решения для небольших значений n. Для n = 100 следует пропустить 37 приданных и выбрать после этого первое максимальное.

Большие значения n

Для больших значений n мы можем аппроксимировать сумму выражением ln(n) + C, где С — постоянная Эйлера. Используя это приближение в формуле (2) для больших s и n, получаем

          (5)

Аналогично приближения для правой и левой частей неравенства (4) показывают, что ln(n/s) ≈ 1, и, значит, sn/e. Подставляя эти результаты в (5), находим

Подводя итог, видим, что для больших значений n оптимальная стратегия пропускает приблизительно 1/e часть билетов и останавливается после этого на первом максимальном приданом, причем вероятность правильного решения равна приближенно 1/e.