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Probabilidad de ganar o perder un solitario juego de cartas cuando gritas un número entero progresivamente cada vez que sacas.

Toma una baraja estándar de 52 cartas boca abajo, incluyendo 13 rangos de cuatro palos (para simplificar, asigna el valor 1 a 13 del as al rey). Dibuja las cartas una por una, gritando los números enteros del 1 al 13 (y luego empezando de nuevo) en el orden natural (es decir, {1,2,3,4...}) en cada sorteo. Por ejemplo, gritas "uno" y sacas un 7, luego gritas "dos" y sacas un as, luego gritas "tres" y sacas un Rey, y así sucesivamente. Pierdes instantáneamente si el número que has gritado coincide con el rango de la carta que acabas de sacar. ¿Cuál es la probabilidad de ganar o perder la partida (la que sea más fácil de calcular)?

**Información adicional: El problema está relacionado con la probabilidad de que en el primer encuentro haya dos caminatas (una determinística y otra aleatoria): una caminata determinística que salta a la derecha por un sitio de la red en cada paso de tiempo, y que se reinicia después de 13 pasos, y otra caminata que salta aleatoriamente entre los mismos trece sitios (con la restricción de que ningún sitio puede ser visitado más de cuatro veces).

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user299698 Puntos 96

Se trata del llamado "solitario de la frustración". Esta es una buena referencia: artículo por Doyle, Grinstead y Snell. La probabilidad de ganar es de aproximadamente $1/e^4\approx 0.0183$ donde $4$ está relacionado con el número de trajes. Es decir $2$ ¡¡%, este juego es realmente frustrante!!

P.D. Como señala Michael Lugo más abajo, en la página 8 del artículo enlazado podemos encontrar la probabilidad exacta de ganar para una baraja de 52 cartas que es de aproximadamente $0.0162$ . Incluso para $n=13$ la probabilidad asintótica $1/e^4\approx 0.0183$ da una estimación razonable de la probabilidad exacta.

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Tenga en cuenta que $n = 13$ no es lo suficientemente grande como para que la asintótica entre en acción; para una baraja de 52 cartas con cuatro palos la probabilidad es $0.0162$ (página 8 del artículo enlazado). No tengo una buena explicación de por qué esta probabilidad debería ser menor que la probabilidad asintótica, en lugar de mayor.

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awkward Puntos 1740

Una solución exacta es posible con el método de los polinomios de rook y un sistema de álgebra computacional. Polinomio de la torre

En primer lugar, ayuda reformular un poco el problema para que la solución por polinomios de torre sea más fácil de visualizar. Así que supongamos que antes de barajar, la baraja está en el orden as de diamantes, as de tréboles, as de corazones, as de picas, as de diamantes, 2 de tréboles, 2 de corazones, 2 de picas, 2 de diamantes, etc., y supongamos que el en lugar de gritar "uno, dos, tres, ..." , el jugador grita "uno, uno, uno, uno, dos, dos, dos, ...". Como el mazo se baraja al azar, esta revisión no afecta a la probabilidad de ganar. Con esta formulación, el jugador gana si no hay ningún as en las cartas 1-4 del mazo barajado y ningún 2 en las cartas 5-8 y ningún 3 en las cartas 9-12, etc. Como el mazo barajado puede estar formado por cualquiera de las $52!$ permutaciones posibles del orden original, todas las cuales suponemos que son igualmente probables, nos gustaría contar las permutaciones que resultan en una victoria.

Para utilizar el método de los polinomios de las torres, consideramos que una permutación de las cartas equivale a colocar 52 torres no atacantes en un tablero de 52 por 52, es decir, con exactamente una torre en cada fila y columna. Las permutaciones ganadoras corresponden a una colocación de las torres en el tablero evitando las casillas grises. Por razones de espacio, sólo hemos mostrado las doce primeras filas y columnas, pero imagine que el patrón se extiende a un tablero de 52 por 52.

Restricted Board ...más 40 filas y columnas más (no mostradas).

El polinomio de la torre del cuadrado gris de 4 por 4 de la esquina superior izquierda es $$R_4(x) = 1+16x+72x^2+96x^3+26x^4$$ (Véase la página de Wikipedia enlazada más arriba.) Lo que esto significa es que hay $16$ maneras de colocar una torre en el área, $72$ formas de colocar dos torres no atacantes, $96$ formas de colocar tres torres no atacantes, y $26$ formas de colocar cuatro torres no atacantes.

El polinomio de la torre del área restringida en el tablero de 52 por 52, que consta de 13 casillas de 4 por 4, es entonces $$R_{52}(x) = R_4(x)^{13} = r_0 + r_1x +r_2x^2 +r_3x^3+ \dots + r_{52}x^{52}$$ donde los coeficientes $r_0, r_1, r_2, r_3, \dots , r_{52}$ no aparecen en la lista, pero pueden calcularse explícitamente expandiendo $R_4(x)^{13}$ . Esto sería muy tedioso de hacer a mano, pero es fácil con un sistema de álgebra computacional. (Yo usé Mathematica.) Por el principio de inclusión/exclusión, el número de maneras de colocar 52 torres no atacantes en el área no excluida del tablero es $$N = \sum_{i=0}^{52} (-1)^i (52-i)! \;r_i$$ El resultado, calculado por Mathematica, es $$N = 1309307359844999263426548962125482317263708526033413008220015566848$$ por lo que la probabilidad de ganar el juego es $$\frac{N}{52!} = 0.0162328$$

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