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关于家庭的抽样调查问卷权重

关于家庭的问卷调查,比如家庭收入、面积、成员数量等,如果抽样调查问卷是不能确认,一家只填写一次。那么需要设计权重。

比如两家的家庭成员数量分别为 2 与 6,假设抽样 4 人做家庭成员数量统计,那么较大可能会出现「2、6、6、6」的统计结果。如果直接求平均值:(2 + 6 × 3) / 4 = 5,显然比预期的 4 人高,因为家庭成员数量多的家庭,更容易被统计到。

使用家庭成员数量的倒数作为权重:(2 × 1/2 + 6 × 1/6 × 3) / (1/2 + 1/6 × 3) = 4,这样就合理。式子的前半部份相当于参与调查的人数,直接写成 4,问题也不大。

后半部分是加权过的家庭数量,2 和 6 人家庭的问卷结果都是一半,所以都算半个家庭,这个算法修正了家庭权重,也就能算出更精确的平均家庭成员数量了。

附言:此问题来自 阿健 的群组,原本是从「你有多少个兄弟姐妹」投票结果,反推群友母亲平均生育数量的算法问题。

附言 2:一群人中存在家人关系的期望值并不低,具体可以查看 生日问题。期望值高于 1 %,只要 3171 人。高于 50 % 也仅需 26328 人。就算不考虑家庭成员数量影响统计结果,问卷统计到一家人的概率也不低。(按照中国有 5 亿个家庭计算)

参考了 Weights of survey data | #杂谈 #数学
图形化展示概率

之前介绍过 计算「百年一遇」洪水在 100 年中的概率,不过纯文本还是不够直观,近期 Mermaid 引入了 桑基图,看起来比较容易表示概率,所以尝试绘制一些图像。

图 1:「百年一遇」洪水数量的概率。

图 2:《蔚蓝档案》一井(200 抽),获得三星 P.U. 角色数量的概率。

附言:Mermaid 的桑基图不支持中文,有点不够好用。

🔗 封面图源码 | #数学
锁具互开率

锁具,其实跟电脑的对称式加密很像,都存在「密钥空间」这一概念,比如老式的 弹子锁 理论上有成百上千种不同的钥匙,但是厂商可以缩减「密钥空间」,从而降低成本,而这样的加密不够安全。

西安晚报 在 2015 年刊登了一则怪闻,小区住户睡觉时,房门被走错楼层的外人用钥匙打开了,原因是锁具源自同个模具。一些不合规锁具的互开率甚至高达 3 %。

(互开率指的是产品被开启次数与试开总数的百分比。)

如果某住户在一栋共有 24 户的住宅楼中,自己房门能被其他住户钥匙开启的期望值,在互开率为 3 % 的时候,被打开的概率高达 50 %,计算方法可以参考〈计算「百年一遇」洪水在 100 年中的概率

如果要计算整栋住宅楼出现互开情况的期望值,那么可以参考 生日问题,生日问题是反直觉的概率问题,问题是「生日问题是问最少需要多少人,当中两人同一天生日的期望值才会过半。」答案是仅需 23 人,算是「百年一遇」问题的加强版。

那么整栋住宅楼出现互开情况的概率,如果我没算错,那么在互开率为 3 % 的时候,互开概率高达 99.9 %。(笑)

#原理 #数学
计算「百年一遇」洪水在 100 年中的概率

「百年一遇」的洪水是概率上的一个表述(后文省略「百年一遇」),意为一年中有 1% 的可能性,这与「一百年发生一次」的事实有明显差异,就像是假设核酸检测有 99% 的灵敏度和特异性,但用它检测出假阳性的可能性非常高,详情可以观看 李永乐老师的视频

没有出现洪水的概率在一年里是 99%,但是持续一百年的时间,就需要计算 99% 的一百次方,0.99^100 ≈ 0.366,所以 100 年中没有发生一次洪水的期望值是 36.6%,不过剩下的 63.4% 并不是发生一次洪水的概率,而是超过一次与高过一次的概率。

如果是计算抓取不同颜色的球,出现红色 2 次,或者掷骰子,三次骰子出现 6 点两次,通常只需要将样本空间都写出来,然后整理一下就好,但是『「百年一遇」洪水在 100 年中的期望值』是一个庞大的样本空间,不可能人力都写出来。

所以计算这个问题需要使用概率论和统计学一个工具,叫做「二项分布」,只要是需要计算在 n 次实验中,实验有 p 的成功率,然后出现 k 次成功的概率,就能用二项分布计算。

网络上有现成的 二项分布计算器,这样就能算出:一百年中,发生一次洪水的概率是 37%,发生两次洪水的概率是 18.5%,发生三次洪水的概率是 6.1%,发生四次以及四次以上洪水的概率是 1.8%。

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