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Una moneda al lanzamiento del juego con un inesperado valor esperado?

Considerar independiente de lanzamientos de una moneda sesgada que tiene $$\begin{align} \Pr({\tt Head})&=1/G\\ \Pr({\tt Tail})&=1-\Pr({\tt Head}),\end{align}$$ donde $G$ es de Graham Número. Deje que la primera $100$ tiros de establecer un "patrón", entonces vamos a $N$ el número de adicionales de lanzamientos necesarios para obtener una repetición de patrón objetivo (lo que permite la superposición). E. g., una secuencia que comienza con $101$ consecutivo ${\tt Tail}$s tiene $N=1$.

Pregunta: $\ \mathbb{E}(N)\ =\ ?\quad$

Voy a postear en el espíritu de este consejo, y, finalmente, publicar la respuesta si nadie más lo hace.

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Michael Puntos 5270

Deje $A$ denota el conjunto de todos los $2^{100}$ cadenas binarias. Deje $S$ ser el azar inicial de la cadena de tamaño 100. Entonces $$E[N] = \sum_{s \in A} E[N|S=s]P[S=s] $$ Ahora observe que el $P[S=s]>0$ todos los $s \in A$. Por lo tanto, fijar $s =(s_1, ..., s_{100})\in A$. Calculamos el $E[N|S=s]$. Considere la posibilidad de este experimento de azar flipping: Determinista revisión de los primeros 100 lanzamientos como el de la cadena de $s$. Luego aleatoriamente flip para siempre después (es decir, después de tiempo de 100). Deje $\{X_1, X_2, X_3, …\}$ representan el yo.yo.d. secuencia de entre los tiempos de llegada de la cadena de $s$ (incluyendo las superposiciones). Entonces $$E[N|S=s] = E[X_1]$$ Deje $M_t$ el número total de ocurrencias de la cadena hasta el momento de $t \in \{1, 2, 3, ...\}$ (incluyendo las superposiciones). Por la renovación de la teoría sabemos $$ \lim_{t\rightarrow\infty} \frac{E[M_t]}{t} = \frac{1}{E[X_1]} $$ Por otro lado, nos puede escribir $M_t$ a través de funciones de los indicadores: $$ M_t = \sum_{i=1}^t 1_i$$ donde $1_i$ es un indicador de la función que es 1 si una ocurrencia de la cadena de $s$ termina en la ubicación de $i$, y 0 de otra cosa. Entonces $$ E[M_t] = \sum_{i=1}^t P[1_i=1] $$ y nos cuenta que para todas las $i \geq 200$ hemos $$P[1_i=1]=P[\mbox{Flip $i$ is $s_{100}$, Flip $1$ is $s_{99}$, ..., Flip $i-99$ is $s_1$}] = P[S=s]$$ Así $$\lim_{t\rightarrow\infty} \frac{E[M_t]}{t} = P[S=s] $$ Por lo tanto, $E[X_1] =\frac{1}{P[S=s]}$. Por lo tanto: $$ E[N] = \sum_{s \in A} \frac{1}{P[S=s]} P[S=s] = |A| = 2^{100}$$

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