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Rescate de un cable dañado

Supongamos que tenemos un cable de unidad de longitud, que está dañado en un punto desconocido, la ubicación de los cuales se distribuye uniformemente. Se le permite cortar el cable en cualquier punto, y después de un corte, sabrías que la pieza está dañada y que no es. Usted puede hacer esto tantas veces como usted desea, y usted desea maximizar la duración esperada de la más grande buen estado de la pieza después de todo el corte. ¿Cuál es la mejor que se puede hacer? La estrategia no necesita ser determinista.

Actualmente tengo un límite inferior de $\frac12$ y el límite superior de $\frac34$. El límite inferior viene de solo cortar el cable a la mitad una vez.

Para el límite superior, observe que si la culpa es de la a $\frac12 \pm x$, entonces usted no puede hacer mejor que $\frac12 +x$. Así que tomando el valor esperado, $$ \int_0^{\frac12} \left(\frac12+x\right)2 dx = \frac34$$

Al principio pensé que una estrategia óptima tendría que ser aplicado de forma recursiva a la pieza dañada, pero ahora que ya no estoy convencido de esto. Si ya has obtenido un buen estado de la pieza de longitud $l$, entonces no hay ningún punto en el corte de una pieza dañada en dos piezas de longitud $\leq l$.

Cualquier referencia a un plan de tratamiento también es bienvenido.

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Hagen von Eitzen Puntos 171160

Un "algoritmo" (aunque podría llegar a ejecutar indefinidamente, dependiendo de nuestra estrategia) necesariamente va de esta

Paso 0. Deje $k\leftarrow1$.

Paso 1. [Ahora tenemos $k$ partes de cable, es decir, subintervalos de $[0,1]$, exactamente uno de los cuales es defectuoso] Si la pieza defectuosa es estrictamente más que todas las partes buenas, vaya al paso 2. De lo contrario, existe una buena parte al menos tan larga como la parte defectuosa y subdivisiones no se puede mejorar el resultado; elegir un más largo de buena parte como resultado y terminar.

Paso 2. [Ahora la parte defectuosa $[a,b]$ es estrictamente más que todas las otras partes] Elegir un adecuado punto de corte de la pieza defectuosa, es decir, recoger algunas $x_k\in(a,b)$, sustituyendo así las $[a,b]$$[a,x_k]$$[x_k,b]$. [La probabilidad de que $x_k$ es igual a la del punto de defecto es cero y puede ser ignorado] Deje $k\leftarrow k+1$ e ir al paso 1.

Por lo tanto, una estrategia consiste en una secuencia de puntos de corte $x_i\in[0,1]$ todos los $i\in N$ $N=\mathbb N$ o $N=\{1,2,\ldots n\}$ (es decir, la secuencia puede ser finito o infinte). Podemos suponer wlog. que $N$ no es innecesario grande, es decir, si el paso 2 no será nunca entró con algún valor $k$, no importa en donde el defecto está en el cable, podemos muy bien suponer que los $N\subseteq\{1,\ldots,k-1\}$. En otras palabras, si $k\in N$, entonces existe un punto de $x\in[0,1]$ tal que un defecto en $x$ hará que el algoritmo anterior hacer uso del punto de corte $x_k$.

Por simetría, podemos suponer que en el paso 2 que $$\tag1x_k-a\ge b-x_k,$$ es decir, la nueva parte de la izquierda es siempre al menos tan largo como el nuevo derecho de la parte. Entonces podemos demostrar por inducción, que el intervalo de $[a,b]$ en el paso 2 siempre es $[0,x_{k-1}]$ (formalmente dejando $x_0=1$). De hecho, esto es trivialmente cierto cuando $k=1$. Si la afirmación es verdadera para algunos $k$, luego en el paso 2 intervalo de $[0,x_{k-1}]$ se divide en $[0,x_k]$$[x_k,x_{k-1}]$. Por $(1)$ el intervalo de $[0,x_k]$ es al menos tan largo como $[x_k,x_{k-1}]$ (es decir, después de $k\leftarrow k+1$, intervalo de $[0,x_{k-1}]$ es al menos tan largo como $[x_{k-1},x_{k-2}]$). Así, en el paso 1, podemos terminar o continuar con el paso 2 y $[a,b]=[0,x_{k-1}]$ como iba a ser mostrado.

En otras palabras, la secuencia de $(x_i)_{i\in N}$ es estrictamente decreciente y más precisamente $$\tag2 \frac {x_{k-1}}2\le x_k<x_{k-1}\qquad\text{for all }k\in N.$$ Como la secuencia es también limitada desde abajo, $L:=\max\{\,x_{k-1}-x_{k}\mid k\in N\,\}$ existe. Tenga en cuenta que podemos suponer $x_k\ge L$ todos los $k\in N$ ya que de lo contrario por $(2)$ ni de las piezas $[0,x_k]$ o $[x_k,x_{k-1}]$ puede ser una mejora con respecto a $L$.

Deje $f(x)$ denotar la longitud de los más largos de cable en buen estado obtiene mediante el empleo de la estrategia de $(x_n)_{n\in N}$ si el punto de defecto es $x\in[0,1]$. Si $x_k< x< x_{k-1}$ algunos $k\in N$, luego haremos una parada después de realizar el corte en $x_k$ y la mayor parte va a ser $[0,x_k]$, lo $f(x)=x_k$$x\in(x_k,x_{k-1})$. Si $x<x_k$ todos los $k\in N$,$f(x)=L$. La duración prevista es, simplemente,$\int_0^1f(x)\,\mathrm dx$. La gráfica de $f$ está delimitada desde arriba por la diagonal, excepto para el triángulo en la parte inferior izquierda con vértices $(0,0) (0,L), (L,L)$. Por otro lado, un triángulo del mismo tamaño que "falta" más de un intervalo de $[x_k,x_{k-1}]$$x_{k-1}-x_k=L$. Proof without words of $(3)$ for an example function $f$

Llegamos a la conclusión de que $$\tag3 \int_0^1f(x)\,\mathrm dx\le \int_0^1x\,\mathrm dx=\frac12.$$

La estimación de $(3)$ también se aplica a las estrategias mixtas (es decir, una estrategia de $(x_n)_{n\in N}$ es elegido al azar de acuerdo a algunos de distribución). Por otro lado, las desigualdades $(3)$ es de estricta: Una estrategia que, efectivamente, llevar a $\frac12$ como se esperaba valor está dado por $N=\{1\}$, $x_1=\frac12$ (como ya se ha señalado en el OP).

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rlpowell Puntos 126

Una estrategia consiste en cortar las piezas de longitud $\ell_1,\ell_2,\ldots$, sujeto a la condición de $\ell_1+\ell_2+\cdots = 1-M$ donde $M=\max\{\ell_1,\ell_2,\ldots\}$, y la detención de si y cuando el corte de la pieza se encuentra a contener el mal lugar. La probabilidad de que el mal lugar se encuentra en el $i$th fragmento es $\ell_i$, y la probabilidad de que se encuentra en ninguno de ellos se $M$. Por lo tanto, la espera más larga de la pieza cuando se termina el proceso es

$$\ell_1(\ell_2+\ell_3+\cdots+M)+\ell_2(\ell_3+\ell_4+\cdots+M)+\cdots+M^2$$

Es fácil ver que esta suma no cambia si alguna de las $\ell_i$ $\ell_{i+1}$ expresión:

$$\begin{align} &\cdots+\ell_{i-1}(\ell_i+\ell_{i+1}+\ell_{i+2}+\cdots+M)+\ell_i(\ell_{i+1}+\ell_{i+2}+\cdots+M)+\ell_{i+1}(\ell_{i+2}+\cdots+M)+\cdots\\ &=+\ell_{i-1}(\ell_{i+1}+\ell_i+\ell_{i+2}+\cdots+M)+\ell_{i+1}(\ell_i+\ell_{i+2}+\cdots+M)+\ell_i(\ell_{i+2}+\cdots+M)+\cdots\\ \end{align}$$

En consecuencia, cualquier estrategia es equivalente a uno en el que $\ell_1\ge\ell_2\ge\ell_3\ge\cdots$, por lo que $M=\ell_1$. Pero esto nos deja en el caso de que kaine anteriormente analizados: tan pronto Como se le garantiza un pedazo de longitud $M$ y un plan para hacer que todos los posteriores recortes de no más de $M$, sólo puede mejorar el resultado final, haciendo que el posterior cortes extremadamente corto. Así que mejor que te puede pasar, como kaine mostró, es un valor esperado de $1/2$.

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runeh Puntos 1304

Supongamos que la mejor estrategia es la de cortar en el punto de $p$ y esto le da una óptima duración de la $q$. wlog podemos optar $p\ge 0.5$ (medida desde el otro extremo).

Considerar la situación después de la $1$ corte. Con una probabilidad de $1-p$ (la probabilidad de que el fallo está en la pieza más corta) tenemos una buena pieza de longitud $p$.

Si el fallo está en la pieza más larga, (la probabilidad de $p$ - gracias a @AndrewPoelstra para la corrección de aquí), tenemos un valor esperado de, al menos, $qp$ a partir de la pieza más larga (la difícil bits es un factor en aquellos casos donde el más largo de la pieza al final de todos los que la corte es la pieza más corta en el primer corte). Así tenemos $$q\ge (1-p)p+p^2q$$ so that $$q\ge \frac{(1-p)p}{1-p^2}=\frac {p}{1+p}$$

Esto le da un valor para el salami-rebanar estrategia de en la mayoría de las $0.5$, que es el mismo que el de "cortar por la mitad" de la estrategia. Tenga en cuenta que con salami-rebanar el corto bits son insignificantes en tamaño y no afectan el cálculo.

Al $p=\cfrac12$ tenemos $q\ge \cfrac 13$ - de hecho sabemos que la influencia de la "pieza más breve" lleva esto a $q=\cfrac 12$. Así que esto no es concluyente, pero es instructivo.


Tenga en cuenta que la primera versión de este fue por descuido incorrectos, lo he dejado hasta ahora como un ejemplo de un simple argumento nos pone. Habrá mejores enfoques.

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kaine Puntos 1447

Creo que el máximo posible esperar una buena longitud de cable (K) es .5.

El primer corte en la ubicación de $x$ producirá un K de $1-x$ con una probabilidad de $x$ e lo contrario a $x$ largo de la pieza, que será de un mínimo de K va a tener, no importa lo que usted hace en los pasos posteriores.

Si usted tiene el más corto, el bueno y el dañado largo de la pieza, así podría corte de infinitesimalmente pequeñas partes de la pieza dañada ya que tiene un buen pedazo de longitud mínima $x$. Si la parte dañada se vuelve más corto de $x$, no hay ningún punto de continuar como va a ser más corto que el de la pieza que ya están en explotación. Este infinitesimal etapa de corte se producirá un tamaño promedio de:

$$\int_x^{1-x}(1-t)dt = 1/2-x$$

Esto significa que: $$K=x(1-x)+x^2+1/2-x$$ $$K=x-x^2+x^2+1/2-x$$ $$K=1/2$$

No importa lo que x a elegir (incluso infinitamente pequeño) K=.5.

No puedo determinar otro método que habría espera un valor de K mayor que 1/2.

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