三门问题得名于美国的一档电视游戏节目,Let’s make a deal。参赛者会看到三扇门。其中一扇门背后是一辆汽车,另外两扇门背后各是一只羊。节目规则要求参赛者先选定一扇门,主持人会开启另外一扇背后是山羊的门。这个时候主持人会问参赛者,你要不要换门?

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我们凭借第一眼的直觉,当然会觉得除去主持人打开的那扇门,剩下两扇门一扇背后是汽车,一扇背后是山羊。这个时候我们无论选不选换门,参赛者选择的那扇门背后是汽车和山羊的概率各是一半对一半。所以换与不换是一样的。但是二者的概率真的是一样的吗?参赛者真的不应该换门吗?

答案是应该换,并且换门后参赛者获得汽车的概率是2/3,而不是我们预想中的1/2。

那么这个2/3又是怎么计算得来的呢?

在这个分析过程中,我们不能忽略掉主持人开门这个动作。表面上看,主持人开门仅仅是为参赛者排除掉一个选择,但实际上,这背后却蕴含着更为深刻的含义。

由于对称性,我们不妨假设参赛者先选择了1号门。这个时候2号门和3号门背后是什么,我们不知道。有可能是两只羊,也有可能是一只羊一辆车。我们不妨假设主持人打开了3号门,背后是一只羊。

那么这个时候我们要去计算,主持人打开3号门的概率是多少。假设2号门背后是一辆车,我们称这种情况为情况甲,那么主持人打开3号门的概率便是1;假设2号门和3号门背后都是一只羊,我们称这种情况为情况乙,那么主持人既可以选择打开2号门,也可以选择打开3号门,所以打开3号门的概率是1/2。

前面我们假设的两种情况,其实对应的恰恰是参赛者背后有没有车的情况。如果参赛者背后有车,那么对应的是情况乙;如果参赛者背后没有车,那么对应的是情况甲。所以这个时候问题就转化为:主持人打开3号门的前提下,情况甲出现的概率和情况乙出现的概率各是多少?

是一半对一半吗?显然不是。

我们用全概率公式可以计算得到情况甲出现的概率是1/(1+1/2)=2/3,情况乙出现的概率则是(1/2)/(1+1/2)=1/3。而情况甲对应的是2号门背后有一辆车,所以该不该换,答案不就是不言而喻了嘛。

我最早接触到这个问题的时候,也是非常诧异不已:怎么会是2/3呢?我甚至想用穷举的方式来证明2/3是错的。太迷惑人了。我后来还去请教了我的一位从事概率论研究的同学,不是普通的数学家哟,是专门做概率论研究的数学学者。但是很遗憾,他也错了。

当然,他错了也没什么。因为当时这个答案提出来的时候,也曾引起全世界很多数学家的质疑。所以这个故事告诉我们:即便是专门从事某个专业领域的研究人士,对他们本身专业领域的问题的回答,也不能保证是一定正确的。