概率问题要求我们掷硬币n美元$次数(实际上$100$每次有HH美元$只要有泰铢($THT)$或aTTT美元$谁更有可能获胜?
[例如,考虑以下顺序美元THHHTHTTTT$。此序列给出$2$指向ALice和$3$指向鲍勃。]
使用(两个单独的)马尔可夫链和矩阵乘法(在计算机上完成),我们发现爱丽丝更有可能获胜(爱丽丝获胜$622452888834764723839990461444$鲍勃获胜的次数$597223930770097681231606561162$当我们有$100$抛掷)。我们为其他几个人尝试过n美元$图中显示,爱丽丝总是更有可能获胜。![小于或等于100次投掷的图形](https://i.sstatic.net/cW39EC4g.png)
我们使用递归解决方案(也使用计算机)验证了这个答案,因此我们相信答案是正确的。
所以我们试图通过分析概率的生成函数来实现这一点。我们表示为$p_{n,k,TT}=\mathbb p(X_n=k|Y_{n-1}=T,Y_n=T)$哪里$X_i$是Alice和Bob在1美元$-第次掷骰子Y_j美元$代表$j美元$-第次掷骰子。同样,我们定义$p_{n,k,TH},p_{n,k,HT},p _{n,k,HH}$。产生的递归如下:$$\开始{align}p_{n,k,TT}&=frac12(p_{n-1,k+1,TT}+p_{n-1,k,HT})\\p_{n,k,TH}&=frac12(p_{n-1,k,HT}+p_{n-1,k,TT})\\p_{n,k,HT}&=frac12(p_{n-1,k+1,TH}+p_{n-1,k,HH})\\p_{n,k,HH}&=frac12(p_{n-1,k-1,TH}+p_{n-1,k-1,HH{)\\\结束{对齐}$$我们定义了生成函数$\varphi_n(z)=\sum_k\mathbb P(X_n=k)z^k$并定义$\varphi_{n,TT}(z),\varphi_n,TH}$作为各自的条件生成函数。再加上适当的基本情况$$\varphi_n(z)=开始{bmatrix}1&1&1\end{bmatrix}\begin{bmatricx}\frac1z&0&1&0\\1 & 0 & 1 & 0\\0&\frac1z&0&1\\0&z&0&z\结束{bmatrix}^{n-2}\开始{bmatrix}1\\1\\1\\z\end{bmatrix}$$
现在意识到这一点$$\mathbb P(\text{Bob获胜})={\frac1{2\pii}}\int_C\left(\sum_{k<0}z^{-k-1}\right)\varphi_n(z)dz$$
$$\mathbb P(\text{Alice获胜})={frac1{2\pii}}\int_{C'}\left(\sum_{k>0}z^{-k-1}\right)\varphi_n(z)dz$$以获得合适的轮廓$C,C'$我们稍后定义。做一些复杂的分析魔术,我们得到$$\mathbb P(\text{Alice中奖})-\mathbbP(\text{Bob中奖})={\frac 1{2\pii}}\int_C{\frac{\varphi_n(z^{-1})-\varphi_n(z)}{1-z}}~\mathrm dz$$哪里C美元$轮廓是否令人满意$\max\{|z|:z\在C\}<1中$并且包含原点在内(半半径圆应该有效)。
现在我们想证明这个积分大于$0$为所有人$n\geq3(美元)$但真的卡住了。我们尝试对角化矩阵以理解$\varphi_n(z)$但这太可怕了。
感谢您的任何帮助。