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Lanzar las bolas en $b$ cubos: cuando hace algunos cucharón tamaño de desbordamiento $s$?

Supongamos que lanzar bolas una por una en $b$ baldes, uniformemente al azar. ¿A qué hora se hace el tamaño de algunos (cualquier) balde exceder el tamaño de la $s$?


Es decir, considerar el siguiente proceso aleatorio. En cada uno de los tiempos de $t=1, 2, 3, \dots$,

  • Recoger una bola (a partir de una fuente infinita de bolas que tiene).
  • Asignar a uno de $b$ baldes, uniformemente al azar, e independiente de las opciones anteriores bolas.

Para este proceso aleatorio, vamos a $T = T(s,b)$ ser el momento en que

  • En el momento $T-1$ (después de la $T-1$th pelota fue asignada), para cada uno de ellos, el número de bolas asignado a se $\le s$.
  • En el momento $T$ (después de la $T$th pelota fue asignada), hay algunos cubo para que el número de bolas asignado a es $s + 1$.

¿Qué podemos decir acerca de $T$? Si podemos obtener la distribución de los $T(s,b)$ eso sería genial, más aún sabiendo que su valor esperado y la varianza, o incluso sólo el valor esperado, sería bueno.

Más allá del hecho obvio de que $T \le bs+1$ (y, por tanto, $E[T]$ existe), no veo nada muy útil. La motivación viene de la vida real-equipo de hashing (los números de interés son algo como $b = 10000$$s = 64$).

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Mike Powell Puntos 2913

Acabo de escribir algo de código para encontrar la respuesta aproximada (para mi particular los números) por simulación.

$ gcc -lm balls-bins.c -o balls-bins && ./balls-bins 10000 64
...
Mean: 384815.56 Standard deviation: 16893.75 (after 25000 trials)

Este (384xxx) está dentro del 2% de la cantidad ~377xxx, específicamente

$$ T \approx b \left( (s + \log b) \pm \sqrt{(s + \log b)^2 - s^2} \right) $$

que viene de la asintótica de los resultados (véanse los comentarios sobre la cuestión), y debo decir que estoy gratamente sorprendido.

I plan para editar esta respuesta después de resumir el resultado de la de papel, a menos que alguien se llega a ella en primer lugar. (Siéntase libre!)

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