七个赌博游戏改变世界！
原文作者：Alex Bellos，巴西数学科普作家。
译文作者：xyz，哆嗒数学网翻译组成员，就读于华东师范大学
校对：小米
赌博有其罪恶之处，却有助于塑造现代社会。本文中，数学家亚当•库哈尔斯基讲解了赌博和纸牌游戏启发科学领域中许多原始想法的方式。
微信、手机QQ搜索关注 DuoDaaMath 每获得更多数学趣文
1.掷骰子游戏和新科学的诞生
十六世纪时，运气是无法被量化的。如果有人在一局摇骰子游戏中摇出两次6点，人们认为这是运气使然。吉罗拉莫•卡尔达诺，一个一生好赌的意大利籍物理学家，却并不这么想。他决定用数学方法处理赌博游戏，并写了赌徒手册，里面描述了如何驾驭概率事件的“样本空间”。例如，两个骰子有36种放置方式，但只有一种是两个6点。
这就是概率论的起源。这意味着我们可以量化一件事的可能性，并精确算出我们有多幸运——或者多不幸。多亏他的新方法，卡尔达诺在赌博中挣到了很大一笔钱，同时，数学也有了一个新的研究领域。
2.点数分配问题
假设你和一位朋友玩掷硬币游戏，并且第一个赢六次的人得到£100。如果游戏在你5-3领先时结束，你们该怎么分这一笔钱？1654年，法国贵族安托瓦尼•贡博就上述的“点数分配问题”向数学家费马和帕斯卡寻求帮助。
为了处理这个问题，费马和帕斯卡发明了名为“期望”的概念。这个新概念指的是：如果游戏被不断重复进行，每一方平均获胜次数的比例。现如今，这个概念是经济和金融的重要部分：通过计算一项投资的期望，我们可以算出该投资对每一派的价值是多少。
在掷硬币游戏中，你的朋友（3-5落后）需要连续掷对三次才能获胜。这件事发生的机会是1/8，而你平均在8局游戏中会赢得其余7次。因此，这笔钱应该以7：1的比率分配，也就是£87.50对£12.50。
3.轮盘赌和统计学
19世纪90年代，摩纳哥报会经常刊登蒙特卡罗赌场的轮盘旋转结果。在当时，这正是卡尔•皮尔逊想要的。他对随机事件极感兴趣，并需要数据去证明他的方法。不幸的是，轮盘不像他期待的那样随机。“就算蒙特卡罗轮盘从很远很远的地质时期就开始转动，”皮尔逊在研究数据后说道，“我们都不指望报纸上这两周的轮盘结果会出现——哪怕一次！”
皮尔逊的方法，经过轮盘分析的打磨，已成为科学的重要组成部分。从药物试验到欧洲核子研究所的实验，实验员计算完全靠运气获取结果的几率，并依此检验理论。这使他们能够确定是否有足够的证据支持他们的假设，或者这些结果是否只是巧合。至于皮尔逊持续关注的轮盘数据，下述解释更接近真相——懒惰的摩纳哥报记者并没有记录轮盘结果，而是捏造了数据。
4.圣彼得堡彩票问题
假设我们进行如下游戏，我反复掷硬币，直到正面第一次出现。如果正面在第一次掷就出现了，我给你£2。如果正面在第二次掷时出现，我给你£4。如果是第三次才出现，我给你£8，依此类推，每多一次，金额翻倍。那么，你愿意付我多少钱来玩这个游戏？
由于其期望值（也就是当这个游戏被进行很多次后，其平均支出）极其巨大，这个名为圣彼得堡彩票问题的游戏使18世纪的数学家感到困惑。然而，很少有人愿意花一笔钱钱来玩这个游戏。1738年，数学家丹尼尔•伯努利通过引入“效用”的概念解释了这个困惑。一个人的钱越少，他就越不愿意在赌博中冒大风险赚大钱。效用现在是经济学领域的核心概念，实际上也支撑着整个保险行业。我们大多数人宁愿进行小的定期投资以规避潜在的巨大风险，即使我们总体上会收获更多。
5.轮盘赌和混沌理论
1908年，数学家庞加莱出版了《科学与方法》，他在该书中思考我们做出预测的能力。他指出像轮盘赌这种游戏的随机性在于球的初始速度的差异——这种速度很难准确测量——并对球的落点有很大影响。20世纪下半叶，这种“对初始条件敏感的依赖性”成为“混沌理论”的基础概念之一。其目的是研究对于物理与生物系统可预测性的极限。
当混沌理论成为一个科学领域时，其与轮盘赌的联系依然存在。20世纪70年代，混沌理论的开拓者的其中一部分是像多因•法默和罗伯特•肖的物理学家——他们把电脑偷偷地带到赌场中，以测算轮盘赌中球的速度——并用这些数据成功预测了结果。
6.纸牌游戏和模拟的力量
计算机在概率学中有重要地位。20世纪40年代，计算机有了重大发展，这要归功于一位名为斯坦尼斯拉夫•乌拉姆的数学家。与许多同行不同，他不喜欢进行冗长的计算。他曾经打坎菲尔德牌戏——一种源于赌场的单人纸牌游戏——并思考以怎样一种方式才能赢得游戏。这位数学家意识到与其尝试并计算所有可能性，还不如多进行几次游戏并观察结果。
1947年，乌拉姆和他的同事约翰•冯•诺依曼应用了一项新技术用以研究位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室中的核连锁反应，并给它起了代号“蒙特卡罗方法”。通过使用计算机重复模拟，他们可以解决那些对于传统数学来说过于复杂的问题。自那时起，蒙特卡罗方法成为了从计算机图形到疾病疫情分析等众多行业的重要组成部分。
7.扑克牌和博弈论
约翰•冯•诺依曼在很多事情有辉煌成就，却并不擅长扑克牌游戏。为了研究什么样的策略更有效，他决定用数学方法分析游戏。尽管如何处理卡牌是一个概率问题，单纯解决这些问题并不足以获胜：他还需要预测他的对手的行动。
冯•诺依曼对于扑克牌和百家乐这样的游戏的分析引导他进入了“博弈论”的领域，也就是研究不同玩家的策略和决策的数学领域。约翰•纳什在冯•诺依曼的基础上进行研究，他的故事被翻拍成了电影《美丽心灵》。自那时起，博弈论逐步进入经济学，人工智能，甚至是进化生物学。也许由赌博引发的想法渗透进了如此多的领域并不会让人过于惊讶。正如冯•诺依曼所言，“真实生活中充满了虚张生势”。
微信、手机QQ搜索关注 DuoDaaMath 每获得更多数学趣文
微信、手机QQ搜索关注 DuoDaaMath 每获得更多数学趣文
评论已关闭