根本概念

  • 随机进程X(t)X(t)是随机变量的调集。依据tt的取值和XX的取值特色,能够分为离散时刻、接连时刻、离散状况、接连状况
  • 马尔科夫性(MP):Pr[Xt∣Xt−1,Xt−2…]=Pr[Xt∣Xt−1]Pr[X_t|X_{t-1}, X_{t-2}…] = Pr[X_t|X_{t-1}],另一种是Pr[Xt+1Xt−1∣Xt]Pr[Xt+1∣Xt]Pr[Xt−1∣Xt]Pr[X_{t+1}X_{t-1}|X_t]Pr[X_{t+1}|X_t]Pr[X_{t-1}|X_t]

注意,马尔可夫性并不蕴含曩昔和未来独立,而是说曩昔对未来的影响都现已蕴含在了现在状况的取值里了。所以其实这个假定并不强,假如对现在的调查满意细致,那么马尔可夫性是能够满意的。后边研究的都是离散时刻的,而且是有限状况或可数无量状况的Markov Chain

  • 一步搬运矩阵P=Pij=Pr[Xt=j∣Xt−1=i]P={P_{ij}=Pr[X_t=j|X_{t-1}=i]},由此带来的一系列表明不再赘述pt=pt−1Pp_t=p_{t-1}Pnn步搬运PnP^n
  • 首达概率rijtr^t_{ij}:从ii动身通过tt步,第一次抵达jj的概率。
  • 首达期望长度:hii=∑ttriith_{ii}=\sum_t t r^t_{ii}

至此,咱们仅仅给出来MC的界说,没有剖析任何他的性质,但即使如此,就现已能够剖析某些算法问题了。

使用1: 2-SAT算法

  • 问题回忆:有nn个布尔变量组成L长度的合取范式(与),每一个子句有两个变量组成析取范式(或),找到一组变量赋值使其满意。
  • 算法:一个直观的算法是两阶段思路,先随机指使,然后随机选一个不满意的子句,随机改动其间一个变量的值。直到合法。
  • 剖析:咱们感兴趣的问题是算法需求履行多少次,才有可能以较大的概率回来正确成果。这个问题的剖析就利用了MC。

状况表明:状况建模非常有技巧,界说XtX_t表明在t步时,赋值正确变量的数量。那总共会有n+1个状况0,1,…,n0,1,…,n
状况搬运剖析:P01=1P_{01}=1,关于一般状况Pi,i+1≥12,Pi,i−1≤12P_{i,i+1}\ge \frac{1}{2}, P_{i,i-1}\le \frac{1}{2}。这是由于,每次都会挑选不合法的子句,那么这个子句里至少有一个变量的赋值是错的,所以选中并修正一个过错赋值的概率至少是12\frac{1}{2}
MC的构建:由于上面的概率是个不等联系欠好剖析,可是假如概率取12\frac{1}{2},那剖析出来的必定比实际状况要差,相当于找到了下界,那也是很有价值的。所以树立MC,他的状况是从0~nn,概率搬运是P01=1,Pi,i+1=Pi,i−1=12P_{01}=1, P_{i,i+1}=P_{i,i-1}=\frac{1}{2}
步数剖析:算法成功意味着从某状况jj搬运到nn,中心走了多少步呢?利用期望剖析。h0=1+h1h_0=1+h_1hi=1/2(1+hi−1)+1/2(1+hi+1)h_i=1/2(1+h_{i-1}) + 1/2(1+h_{i+1})。联立一堆方程,能够求出h0=n2h_0=n^2。也便是说最惨假定初始条件一个也没猜对,n2n^2步之后,也期望能求出来正确成果了。假如走2n22n^2步,那不成功的概率就降低到1/21/2,假如是2mn22mn^2步,那便是12m\frac{1}{2^m}(这儿不是12m\frac{1}{2m}是由于没有看成一次测验搬运了2mn22mn^2步,而是测验了mm次算法,每次都走2n22n^2步)

使用2: 3-SAT算法

显然,上面的思路假如直接搬迁似乎能处理3-SAT,剖析根本一致,仅有的变化是搬运概率变为Pi,i+1=1/3,Pi,i−1=2/3P_{i,i+1}=1/3, P_{i,i-1}=2/3。这是由于一个不满意的子句有3个变量,至少有一个不合法,所以随机改对一个的概率至少是1/3。和上面的期望核算相同,能够求出hj=hj+1+2j+2−3h_j=h_{j+1}+2^{j+2}-3,那算法的期望时刻变成了(2n)\Theta(2^n),这和暴力枚举是相同的,并欠好。

从链的视点考虑,这个由于向0移动的概率更大,所以履行步数越多越欠好,所以把期望寄托在开局的随机挑选上。咱们把算法做出如下修正

  • 算法:履行mm次:(随机选一个赋值组合,然后履行3n3n次修正)

先考虑初始随机指使,设随机挑选的状况有jj个和正确答案不相同,那通过j+2kj+2k步能够抵达状况nn的概率为Cj+2kk(2/3)k(1/3)j+kC_{j+2k}^k(2/3)^k(1/3)^{j+k}。相当于向nn行进比向0多了jj次,就能够确保最终抵达nn。从jj移动到nn的概率下界qj=∑kCj+2kk(2/3)k(1/3)j+k≥C3jj(2/3)j(1/3)2jq_j = \sum_k C_{j+2k}^k(2/3)^k(1/3)^{j+k}\ge C_{3j}^j(2/3)^j(1/3)^{2j} (最终一步kk能取jj,这是由于算法修正的次数为3n3n(算法的设计),所以j+2kj+2k需求不大于3n3n,而jj不会大于nnjj的取值上限是变量数),所以能够取到)。
利用sterlin公式,2m(me)m≤m!≤22m(me)m\sqrt{2\pi m}(\frac{m}{e})^m \le m! \le 2\sqrt{2\pi m}(\frac{m}{e})^m,能够推出qj≥cj1/2jq_j\ge \frac{c}{\sqrt{j}}1/2^j。由于初始化是随机指使,所以jj的取值是一个满意1/2n1/2^n的均匀散布,所以最终的概率q≥∑jPr[j]qj≥c/n(3/4)nq\ge \sum_j Pr[j]q_j \ge c/\sqrt{n}(3/4)^n。那期望次数便是1/q1/q,这是咱们设置mm的参阅。能够看到,尽管还是指数,可是base从2降低到4/34/3

上面的两个使用仅仅简单利用了Markov链的建模,以及期望核算进程中的递归作用,下面更进一步发掘其间的性质,对剖析问题有更大帮助。

状况剖析

  • 相通:两个状况彼此可达,即存在某n,使得Pijn>0P^n_{ij}>0
    假如一切状况相通,则链是不行约的。
  • 常返:∑tri,it=1\sum_t r_{i,i}^t = 1
  • 0常返:hii=E[t]=∑ttri,it=∞h_{ii}=E[t]=\sum_t t r_{i,i}^t=\infty
  • 正常返:hiih_{ii}有限
  • 性质:有限状况的MC,至少有一个常返且一切常返都是正常返。相通的状况要么都常返,要么都不常返。

能够这么了解,假定在链上不断搬运,那拜访的总次数是可数无量的,但状况是有限的,所以至少有一个状况被拜访无限次,那他便是常返的。此外,他被拜访的次数是可数无量,而两次拜访的间隔塞不下一个可数无量了,所以期望有限。

  • 遍历:非周期的常返状况。

使用:赌徒问题

两个赌徒A和B,抛公平硬币,正面向上A赢1元,反面向上B赢一元,A和B的赌注分别是lA,lBl_A, l_B,谁先把对方的钱赢完谁就取胜了。剖析两者胜率。

MC构建:很明显把A赢的钱设为状况XX,那么初始状况为0,两个完毕状况分别是−lA,lB-l_A, l_B。状况搬运概率都是1/2。就像拔河相同,一会向左一会向右,一旦越过了−lA-l_AlBl_B,就完毕了。
剖析:MC具有非周期、有限的性质。(注意并非不行约,由于停止状况只进不出)。常返状况存在且是正常返。
简单验证,常返状况便是停止状况,由于中心的状况相通所以常返性相同,考虑停止状况相邻的一个状况,这个状况显然不行能常返,由于他一旦进入周围停止状况就回不来了,因此中心的状况回来的概率不会超过1/2,不常返,又由于整个链至少有一个常返,所以停止状况是常返的。
PitP_i^t是t步之后在i的概率,那么A的赢钱期望E[Wt]=∑iiPitE[W^t]=\sum_i i P_i^t,由于每一步竞赛公平,期望为0,那t步和也为0,所以E[Wt]=∑iiPit=0E[W^t]=\sum_i i P_i^t=0,两侧取极限,Pit→0(t→∞)P_i^t\rightarrow 0(t\rightarrow \infty),而P−lAt=(1−p),PlBt=pP^t_{-l_A}=(1-p), P^t_{l_B}=p。带入得,p=lAlA+lBp=\frac{l_A}{l_A+l_B}

补充:完毕的期望次数为lAlBl_Al_B

稳态剖析

假如一个链不行约,那么每一个状况的常返性相同,状况搬运看似永不断歇(不像前面赌徒的比方有停止状况)。但其实这儿面存在一个动态平衡,即每个状况的拜访次数的散布是稳定的。

  • 定理:有限、不行约且遍历(非周期常返)的MC,有仅有的平稳散布=P\pi=\pi P,而且i=lim⁡tPijt=lim⁡Piit=1hii\pi_i=\lim_t P^t_{ij}=\lim P^t_{ii}=\frac{1}{h_{ii}}
  • 推广:任何有限MC都有平稳散布,但周期状况不是求极限可解的。
  • 性质:平稳散布中,脱离一个状况的概率=进入的概率(这说明了平衡)。这很简单想到用割来剖析,由于平衡之后,每条边的通量是稳定的,正反向求和为0。

无向图的随机游动模型

  • 模型界说:一个连通无向图G=(V,E)G=(V,E),随机选一个点开端,每次等概率搬运到它相邻的点。
  • 平稳散布:最终会收敛,而且i=di2∣E∣\pi_i = \frac{d_i}{2|E|}

证明:这个散布满意进入概率等于脱离概率

  • 通勤时刻性质:假如(u,v)∈E(u,v)\in E,则huv+hvu=2∣E∣h_{uv}+h_{vu} =2|E|
  • 掩盖时刻性质:从一个点动身,拜访完一切点的期望时刻上界为2∣E∣(∣V∣−1)2|E|(|V|-1)
  • 掩盖时刻的上下界:H(n−1)min⁡huv,H(n−1)max⁡huvH(n-1)\min h_{uv}, H(n-1)\max h_{uv}

马尔可夫链的耦合

定量描绘抵达平稳散布的进程

耦合技术首要用来剖析一个MC多快能够抵达平稳散布。那首先需求处理的问题是,怎么定量描绘抵达了平稳散布?这儿使用变异间隔的概念。

  • 界说:变异间隔

可数状况空间S中的两个散布D1,D2D_1, D_2的变异间隔为∣∣D1−D2∣∣=12∑x∈S∣D1(x)−D2(x)∣||D_1-D_2||=\frac{1}{2}\sum_{x\in S}|D_1(x)-D_2(x)|

很简单了解,便是把每个方位散布的间隔求和了。而且乘1/2确保这个值在0~1之间。

关于上面的界说,能够发掘出一个有用的性质∀A⊆S,∣∣D1−D2∣∣=max⁡A⊆S∣D1(A)−D2(A)∣\forall A\subseteq S, ||D_1-D_2||=\max_{A\subseteq S}|D_1(A)-D_2(A)|。这儿散布里套调集表明把调集的每一个元素的概率都加起来。

证明:界说S+S^+D1(x)≥D2(x)D_1(x)\ge D_2(x)的元素调集,S−S^-D1(x)<D2(x)D_1(x)<D_2(x)的元素调集。
max⁡A⊆S(D1(A)−D2(A))=D1(S+)−D2(S+)\max_{A\subseteq S}(D_1(A)-D_2(A))=D_1(S^+)-D_2(S^+) (便是说求差的最大值便是把一切D1>D2的元素都算进来,这时分差必定最大)
类似有max⁡A⊆S(D2(A)−D1(A))=D2(S−)−D1(S−)\max_{A\subseteq S}(D_2(A)-D_1(A))=D_2(S^-)-D_1(S^-)
又通过D1(S)=D2(S)=1=D1(S+)+D1(S−)=D2(S+)+D2(S−)D_1(S)=D_2(S)=1=D_1(S^+)+D_1(S^-)=D_2(S^+)+D_2(S^-),通过移项,发现刚好能够凑出前面公式的rhs,因此
D1(S+)−D2(S−)=D2(S+)−D1(S−)D_1(S^+)-D_2(S^-)=D_2(S^+)-D_1(S^-)
max⁡A⊆S(D1(A)−D2(A))=D1(S+)−D2(S−)=D2(S+)−D1(S−)\max_{A\subseteq S}(D_1(A)-D_2(A))=D_1(S^+)-D_2(S^-)=D_2(S^+)-D_1(S^-),加上绝对值
max⁡A⊆S∣D1(A)−D2(A)∣=∣D1(S+)−D2(S−)∣=∣D2(S+)−D1(S−)∣\max_{A\subseteq S}|D_1(A)-D_2(A)|=|D_1(S^+)-D_2(S^-)|=|D_2(S^+)-D_1(S^-)|
最终由于∣D1(S+)−D2(S−)∣+∣D2(S+)−D1(S−)∣|D_1(S^+)-D_2(S^-)|+|D_2(S^+)-D_1(S^-)|的含义恰好是一切状况在两个散布的概率差的和所以等于∑x∣D1(x)−D2(x)∣=2∣∣D1−D2∣∣\sum_x |D_1(x)-D_2(x)|=2||D_1-D_2||
上面两个公式导出定论。

把变异间隔的概念套用到平稳散布上,咱们界说x(t)=∣∣pxt−∣∣\Delta_x(t)=||p^t_x-\bar{\pi}||。即以x为初始状况动身通过t轮,得到的散布和平稳散布之间的变异间隔。而且令(t)=max⁡xx(t)\Delta(t)=\max_x \Delta_x(t)

有了上面的界说和性质(能够作为核算方法),咱们有了可操作性的抵达平稳散布的断定。接下来直指最核心的问题,需求通过多久抵达平稳散布。为此,界说混合时刻的概念:x()=min⁡{t:x(t)≤},()=max⁡ss()\tau_x(\epsilon)=\min\{t: \Delta_x(t)\le \epsilon\}, \tau(\epsilon)=\max_s \tau_s(\epsilon)很直观不再赘述。

结构耦合剖析混合时刻

耦合的界说

MtM_t表明一个状况空间为SS的MC,它的耦合是一个MC:Zt=(Xt,Yt)Z_t=(X_t, Y_t)满意:

Pr⁡[Xt+1=x′∣Zt=(x,y)]=Pr⁡[Xt+1=x′∣Mt=x]
\Pr[X_{t+1}=x’|Z_t=(x,y)] = \Pr[X_{t+1}=x’|M_t=x]
Pr⁡[Yt+1=y′∣Zt=(x,y)]=Pr⁡[Yt+1=y′∣Mt=y]
\Pr[Y_{t+1}=y’|Z_t=(x,y)] = \Pr[Y_{t+1}=y’|M_t=y]

能够这么了解:显然一个MC的两次独立采样是满意这个条件的。但通常没有用。咱们期望让两个MC的实例在搬运进程中发生一些相关,但这个相关不会改动他们单独运行的搬运概率。后边给个比方去领会。

耦合引理

现在的问题是,这个耦合是怎么帮助咱们剖析混合时刻的?答案是耦合引理。它的内容如下

ZtZ_tMtM_t的一个耦合,假如存在TT使得对每个x,y∈Sx,y\in S,有Pr⁡[Xt≠Yt∣X0=x,Y0=y]≤\Pr[X_t\ne Y_t|X_0=x, Y_0=y]\le \epsilon,则()≤T\tau(\epsilon) \le T.

也便是说,假如阅历一段时刻,两个链不论从哪个状况动身最终状况都几乎是相同的,那混合时刻不会超过这个时刻。这个思路很像数学剖析中的柯西收敛原则,在判断极限的时分不依赖外部给定的极限值,而是通过序列内部接近的间隔来决定。而在这儿,咱们判断抵达平稳散布也不依赖于外部给定的平稳散布,而是通过两个耦合链内部的趋同来确认。

证明:结构耦合,令Y0Y_0是从平稳散布抽取的初始状况,X0X_0是任取的。对恣意A⊆SA\subseteq S
Pr⁡[XT∈A]≥Pr⁡[XT=YT∩YT∈A]=1−Pr⁡[XT≠YT∪YT∉A]≥1−Pr⁡[XT≠YT]−Pr⁡[YT∉A]=Pr⁡[YT∈A]−Pr⁡[XT≠YT]≥(A)−\Pr[X_T\in A]\ge \Pr[X_T=Y_T\cap Y_T\in A] = 1 – \Pr[X_T\ne Y_T\cup Y_T\notin A] \ge 1 – \Pr[X_T\ne Y_T] – \Pr[Y_T\notin A] = \Pr[Y_T\in A]-\Pr[X_T\ne Y_T]\ge \pi(A)-\epsilon
最终一行,\epsilon是依照界说,而\pi是由于Y0Y_0是平稳散布选取的。
S−AS-A类似可证Pr⁡[XT∈A]≤(A)+\Pr[X_T\in A]\le \pi(A)+\epsilon
所以max⁡∣pxT(A)−(A)∣≤\max|p_x^T(A)-\pi(A)|\le \epsilon,得证。

这儿似乎有点问题,Y直接是平稳散布取的,那是不是要求咱们在利用耦合引理时结构耦合有必要有一个MC是平稳散布呢?不是的,由于咱们能够取一个充分大的T,使至少一个链抵达平稳散布。

事例:剖析洗牌进程

洗牌的目标:均匀散布从全摆放中挑选一种

洗牌的操作:随机选一张牌,放到最上面。

问题:通过多少次洗牌,能够让洗牌的成果是全摆放的均匀散布?

结构MC:状况是一个牌的摆放,相邻界说为能够通过一次洗牌抵达的状况。状况搬运界说为一次洗牌操作之后抵达的状况。由于洗牌操作牌是均匀取的,所以抵达某个状况的概率是持平的,为1/n1/n

依据前一章的剖析,平稳散布是均匀散布,所以在这个MC上搬运满意多的次数能够抵达均匀散布。这也证明了咱们这种洗牌操作的可行性。接下来便是最精彩的环节,利用耦合剖析通过多少次操作能够完成均匀采样?

结构耦合:两个链XXYY,初始状况恣意。XX链是随机搬运的,YY链每次搬运挑选的牌和XX链相同。简单证明这是一个耦合。由于每张牌在XX和在YY中被选中的概率都是1/n1/n,所以基于耦合ZZ来搬运YYPr⁡[Yt+1∣Zt]\Pr[Y_{t+1}|Z_t])和YY自己去搬运(Pr⁡[Yt+1∣Yt]\Pr[Y_{t+1}|Y_t]),搬运到每个状况的概率是相同的。这儿也许能够更好的了解前面耦合的界说。相当于YY把自己的随机性让渡给了XX,可是这个让渡的前提是搬运概率保持不变。

剖析Pr⁡[XT≠YT]\Pr[X_T\ne Y_T]的概率。有了耦合,为了利用耦合引理,需求剖析通过多长时刻两个状况不等的概率就小于\epsilon了。这需求结合洗牌进程的特色。咱们发现一旦一张牌在XX被选中放在最初,那么耦合的YY也选中了这张牌放在最初。从这之后这张牌的方位在两个链便是相同的了。那么假如每张牌都被选中一次,两个链的状况就彻底相同了。由于每次选的牌都是等概率的,所以这便是一个赠券搜集模型。预期H(n)=nln⁡n+cnH(n)=n\ln n + cn步之后,一张牌从未被选中的概率为(1−1/n)H(n)≤e−cn(1-1/n)^{H(n)} \le \frac{e^{-c}}{n},为了凑\epsilon,取c=−ln⁡c=-\ln \epsilon。这样,T=nln⁡n−ln⁡nT=n\ln n -\ln \epsilon n步,两个状况不持平的概率就低于\epsilon,依照耦合引理,能够确认混合时刻比这个小。

其他可能用到的东西

  • 同一条链的两个实例的散布变异间隔只减不增:x(T)=∣∣pxT−pyT∣∣≥x(T+1)\delta_x(T)=||p_x^T-p_y^T||\ge \delta_x(T+1)

  • 几许收敛: 设PP是有限、不行约、非周期的MC搬运矩阵,mjm_j是第j列的最小元素,m=∑jmim=\sum_j m_i,那么∣∣pxt−∣∣≤(1−m)t||p_x^t-\pi||\le (1-m)^t

  • 假如某个c<1/2c < 1/2,有(c)≤T\tau(c)\le T,那么()≤⌈ln⁡/ln⁡(2c)T⌉\tau(\epsilon) \le \lceil \ln \epsilon/\ln (2c) T \rceil

习题

7.20 不公平赌徒破产问题

假定1/3的概率赢1元,2/3概率输1元,开端有ii,游戏完毕要么全亏完,要么手上有nn元。设WtW_t是t轮后的总钱数。

  • (a) 证明E[2Wt+1]=E[2Wt]E[2^{W_{t+1}}]=E[2^{W_t}]

引进条件期望,E[2Wt+1∣Wt]=132Wt+1+232Wt−1=2WtE[2^{W_{t+1}}|W_{t}]=\frac{1}{3} 2^{W_t + 1} + \frac{2}{3} 2^{W_t – 1}=2^{W_t}
两头取期望,E[E[2Wt+1∣Wt]]=E[2Wt+1]=E[2Wt]E[E[2^{W_{t+1}}|W_{t}]]=E[2^{W_{t+1}}]=E[2^{W_t}]

  • (b) 利用(a)确认从i开端以0完毕和以n完毕的概率。

qiq_i表明以0完毕的概率,那么1−qi1-q_i为n完毕的概率
由于E[2Wt+1]=E[2Wt]E[2^{W_{t+1}}]=E[2^{W_t}],那么递推可得E[2Wt]=E[2W1]=132i+1+232i−1=2iE[2^{W_t}]=E[2^{W_1}]=\frac{1}{3} 2^{i+1} + \frac{2}{3} 2^{i-1}=2^i
两侧取极限,lim⁡t→∞E[2Wt]=qi20+(1−qi)2n=2i\lim_{t\rightarrow \infty} E[2^{W_t}] = q_i 2^0 + (1-q_i) 2^n = 2^i
所以qi=2n−2i2n−1q_i = \frac{2^n – 2^i}{2^n – 1}

  • (c) 把1/3推广到恣意的pp

从(a)的剖析能够看到,选一个合适的底数,推导进程是彻底相同的。底数需求凑出那个方式,所以取c=1+1+4p(1−p)2pc = \frac{1+\sqrt{1+4p(1-p)}}{2p}

7.23 网络传达模型

nn台主机彼此连通,最开端有一台主机产生了音讯,再之后的时刻里,每台主机随机选取一台发送音讯。剖析这个传达进程

  • (a) 怎么建模成Markov Chain

XkX_k表明kk轮后,收到音讯的主机数

  • (b) 在已知k−1k-1轮有ii台主机有音讯的状况下,确认kk轮后有jj台收到音讯的概率。

递推,令P(i,j, c)表明在某一轮,前c个机器挑选后,从i台主机有音讯变成j台有音讯的概率。那么能够得到如下递推式

P(i,j,c)=Pk−1(i,j−1,c−1)n−1−(j−1)n−1+Pk−1(i,j,c−1)j−1n−1P(i,j, c)=P_{k-1}(i, j – 1, c – 1)\frac{n – 1 – (j – 1)}{n – 1} + P_{k-1}(i, j, c – 1)\frac{j – 1}{n – 1}

便是说,假如前c-1台选完后,现已有j-1台有音讯了,那第c台有必要再选一个没有音讯的。假如第c台选的时分现已有j台有音讯了,那有必要选之前有音讯的,才干确保总共还是j台。

7.26 狼吃羊的问题

假定一个圆盘,等间隔标示了0~n-1个点,狼在0处,每次有1/2的概率向左或向右移动一个点,并在第一次抵达一个点的时分把羊吃掉。问:哪个方位的羊最终被吃掉的概率最大。

直觉上应该是间隔狼最远的方位,也便是0对面。但实际上每个点都是相同的。之所以反直觉,是由于接近狼的方位并不是最终一个被吃掉的概率降低了,而是在前几回被吃掉的概率变大了,这是两回事。比方和狼紧挨的方位,第一次被吃掉的概率高达1/2,但这不阻碍他最终被吃掉的概率和其他人相同。由于你总是要被吃掉。。。

剖析一下被吃掉的概率。首先考虑和狼紧挨的方位1,假如把环从1-2之间劈开(之所以能够劈开,咱们只关怀第一次抵达1的状况,所以抵达1之后就完毕了,不需求考虑从1到2这条路,此外也不需求关怀从2抵达1的状况,由于假如从2到1,那其他羊都被吃完了,这样1确实是最终一个,也完毕了),那这个问题就变成了赌徒破产问题,1最终被吃掉的概率和到2方位取胜概率相同,为1n−2+1=1n−1\frac{1}{n-2+1}=\frac{1}{n-1},由对称性,n-1方位也是这个概率。
关于其他方位,ii最终被吃掉,有两种状况:
1 A: 从0走到i-1(不通过i+1),B: 再从i-1走到i+1(不穿过i)
2 C: 从0走到i+1(不通过i-1),D: 再从i+1走到i-1(不穿过i)
每种状况都是两个赌徒破产问题,P=Pr[A]Pr[B]+Pr[C]Pr[D]=i−1n−11n−1+n−in−11n−1P=Pr[A]Pr[B] + Pr[C]Pr[D]=\frac{i-1}{n-1}\frac{1}{n-1} + \frac{n-i}{n-1}\frac{1}{n-1}