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黑球、白球各 100,最后剩下一个是黑球的可能性

1. 题目 👇

一个桶里面有白球. 黑球各 100 个,现在按下述的规则取球:

  • i. 每次从桶里面拿出来两个球;
  • ii. 如果取出的是两个同色的球,就再放入一个黑球;
  • iii. 如果取出的是两个异色的球,就再放入一个白球;

问:最后桶里面只剩下一个黑球的概率是多少?

2. 思考与解答

2.1 统计法

我们可一个用一个集合来表示桶中的黑球和白球的个数。 从桶中取出球后,只可能是下列三种操作:

  1. 取出的是两个黑球,则放回一个黑球:(-2,0)+(1,0)=(-1,0)
  2. 取出的是两个白球,则放回一个黑球:(0,-2)+(1,0)=(1,-2)
  3. 取出的是一黑一白,则放回一个白球:(-1,-1)+(0,1)=(-1,0)

根据上面的规则,我们可以发现:

白球的数量变化情况只能是不变或者 -2,也就是说,如果是 100 个白球,白球永远不可能是 1 个的情况, 那么问题的解法就很简单了,就是只剩下黑球的概率为 100%

2.2 异或运算

两个相同的球异或等于 0,两个不同的球异或等于 1,所以就将黑球赋为 0,白球赋为 1,分别表示异或运算的结果。 下面给出异或运算的一些规律:

  1. 偶数个 1 异或,结果为 0
  2. 偶数个 0 异或,结果为 0
  3. 奇数个 1 异或,结果为 1
  4. 奇数个 0 异或,结果为 0

奇数个的情况,可以理解为 奇数 = 偶数 + 1,所以根据偶数个的情况即可得到结果。

可以作这样的抽象:每次捞出两个数字做一次异或操作,并将所得的结果丢回桶中。 因此最后的结果实际上相当于把所有的球都进行一次异或运算,最后所得的结果即为最后剩余的球。

就有可能是 0 ^ 1 ^ 1 ^ 0 …… 之类的情况,又因为异或运算满足结合律,上式可变为:

(0 ^ 0 ……^ 0) ^ (1 ^ 1 ……^ 1) 两边都是 100 个,结果就是 0,所以结果只能是黑球,就是只剩下黑球的概率为 100%

3. 参考

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