درس ۱ · صفحهٔ ۱۴۱ تا ۱۵۲ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی
درس اول: احتمال یا اندازهگیری شانس
در این درس یاد میگیری فضای نمونهای و پیشامدها را مشخص کنی، رابطههای میان آنها را تشخیص بدهی و با شمارش حالتهای همشانس و استفاده از اجتماع و متمم، احتمال رخدادشان را به دست بیاوری.
پیش از شروع
وقتی دو تاس میاندازی، «مجموع هفت» شانس بیشتری دارد یا «مجموع دوازده»؟ مگر هر دو فقط یک عدد نیستند؟
برای مقایسهٔ شانس، باید حالتهایی را بشماریم که هر مجموع را میسازند، نه فقط خود مجموعها را. مجموع هفت با چند حالت متفاوت به دست میآید، اما مجموع دوازده فقط وقتی رخ میدهد که هر دو تاس شش بیایند؛ پس شانس این دو برابر نیست.
از نتیجههای ممکن تا پیشامد
از نتیجههای ممکن تا پیشامد
فرض کن در یک بازی، تاس میاندازی. نتیجه را از قبل نمیدانی، اما همهٔ نتیجههای ممکن را میشناسی؛ پس با یک آزمایش تصادفی روبهرو هستی.
مجموعهٔ همهٔ نتیجههای ممکن، فضای نمونهای است و آن را با نشان میدهیم. برای یک تاس داریم:
هر زیرمجموعهٔ این فضا یک پیشامد است. مثلاً اگر در بازی با آمدن عدد زوج امتیاز بگیری، پیشامد دلخواهت است. این پیشامد زمانی رخ میدهد که نتیجهٔ تاس یکی از اعضای آن باشد.
هنگام نوشتن نتیجهها، به ترتیب دقت کن! اگر دو تاس آبی و قرمز بیندازی و عدد تاس آبی را اول بنویسی، با فرق دارد؛ چون عدد هر تاس عوض شده است. برای شمارش همهٔ حالتها نیز میتوانی از اصل ضرب استفاده کنی: بهازای هر نتیجهٔ تاس آبی، همهٔ نتیجههای تاس قرمز ممکناند.
اما در انتخاب یک تیم دونفره، انتخاب «سارا و مریم» با «مریم و سارا» همان تیم است؛ پس ترتیب را دوباره نمیشماریم.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴۲
زبان «یا»، «و» و «ولی نه»
زبان «یا»، «و» و «ولی نه»
در مسئلههای احتمال، این سه عبارت کمک میکنند بفهمیم کدام نتیجهها را باید انتخاب کنیم. فرض کن یک تاس میاندازیم؛ پیشامد «زوج آمدن» و پیشامد «بزرگتر از آمدن» باشد.
- اجتماع، یعنی «یا»: پیشامد شامل نتیجههایی است که دستکم یکی از دو شرط را دارند. «یا» در اینجا هر دو با هم را هم میپذیرد؛ پس .
- اشتراک، یعنی «و»: برای رخ دادن ، هر دو شرط باید برقرار باشند؛ پس .
- تفاضل، یعنی «ولی نه»: در ، شرط اول باید برقرار باشد، ولی شرط دوم نباشد؛ پس .
مثل انتخاب یک بازی روی گوشی است: «رایگان یا فکری» با «رایگان و فکری» فرق دارد! در اولی داشتن یکی از ویژگیها کافی است، اما در دومی هر دو لازماند.
حواست باشد: در تفاضل، ترتیب مهم است؛ است، نه .
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴۴
متمم و ناسازگاری
متمم و ناسازگاری
فرض کن در یک بازی، تاس میاندازی و پیشامد «آمدن عدد زوج» است. متمم آن، یعنی ، همهٔ نتیجههایی است که در آنها رخ نمیدهد؛ اینجا یعنی آمدن عدد فرد. پس هر نتیجه یا در است یا در ، و هیچ نتیجهای در هر دو نیست:
و
حالا دو پیشامد «آمدن عدد کمتر از » و «آمدن عدد بیشتر از » را در نظر بگیر. این دو نمیتوانند در یک بار انداختن تاس با هم رخ بدهند؛ پس ناسازگارند. اما متمم هم نیستند، چون نتیجههای و در هیچکدام قرار ندارند!
تفاوت مهم همین است: برای ناسازگاری، نداشتن عضو مشترک کافی است؛ اما برای متمم بودن، دو پیشامد باید علاوه بر نداشتن اشتراک، رویهم تمام فضای نمونهای را پوشش بدهند. بنابراین هر پیشامد و متممش ناسازگارند، ولی هر دو پیشامد ناسازگار لزوماً متمم یکدیگر نیستند.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴۵
شانس را اندازه بگیریم
شانس را اندازه بگیریم
دانستن اینکه یک پیشامد «ممکن است رخ بدهد» کافی نیست؛ میخواهیم بدانیم چقدر شانس دارد. اگر فضای نمونهای متناهی باشد و همهٔ نتیجههای آن همشانس باشند، از این نسبت استفاده میکنیم:
در این رابطه، تعداد نتیجههای مطلوب، یعنی عضوهای پیشامد ، و تعداد همهٔ نتیجههای ممکن است. مثلاً برای برداشتن تصادفی یک کارت از میان کارتهای یکسان، باید تعداد کارتهای مطلوب را با تعداد کل کارتها مقایسه کنیم.
شرط همشانس بودن مهم است! در پرتاب دو تاس سالم، زوجهای مرتب همشانساند، نه مجموعها؛ چون بعضی مجموعها از راههای بیشتری به دست میآیند.
همیشه داریم:
پیشامد ناممکن احتمال و پیشامد قطعی احتمال دارد. هرچه احتمال به نزدیکتر باشد، شانس رخداد بیشتر است؛ اما احتمال زیاد، به معنی قطعی بودن نیست.
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴۶
دو میانبُر برای محاسبهٔ احتمال
دو میانبُر برای محاسبهٔ احتمال
گاهی لازم نیست همهٔ حالتهای مطلوب را یکییکی بنویسی؛ رابطهٔ پیشامدها راه کوتاهتری پیش پایت میگذارد.
میانبُر اول: اجتماع. فرض کن در انتخاب تصادفی یک دانشآموز، پیشامد «عضو گروه ورزش بودن» و پیشامد «عضو گروه موسیقی بودن» باشد. اگر احتمالهای این دو را جمع کنی، اعضای مشترک را دو بار حساب کردهای؛ پس باید احتمال بخش مشترک را یک بار کم کنی:
اگر دو پیشامد ناسازگار باشند، بخش مشترکی ندارند و ؛ بنابراین جمع سادهٔ احتمالها کافی است.
میانبُر دوم: متمم. گاهی شمردن حالتهای رخ ندادن یک پیشامد آسانتر است؛ مثلاً برای «حداقل یک بار رو آمدن» در چند پرتاب سکه، متمم یعنی «همهٔ پرتابها پشت بیایند» را بررسی میکنیم. چون یک پیشامد و متممش همهٔ حالتها را پوشش میدهند و اشتراک ندارند:
پیش از شروع محاسبه، از خودت بپرس: «بخش مشترک دارم؟ شمردن متمم آسانتر نیست؟»
کتاب درسی، صفحهٔ ۱۴۸
مثال حلشده
یک تاس آبی و یک تاس قرمزِ سالم را میاندازیم. احتمال اینکه «مجموع دو تاس برابر باشد یا هر دو تاس فرد باشند» چقدر است؟
عدد تاس آبی را اول مینویسیم؛ بنابراین نتیجهها زوجهای مرتب و همشانساند و تعدادشان است.
پیشامد مجموع برابر را مینامیم: ، پس .
پیشامد فرد بودن هر دو تاس را مینامیم. هر تاس سه نتیجهٔ فرد دارد، پس .
حالتهایی که هر دو شرط را دارند، عبارتاند از ؛ پس .
واژهٔ «یا» نشان میدهد که احتمال اجتماع را میخواهیم. برای دوبار نشمردن حالتهای مشترک، مینویسیم: .
نکات مهم
- فضای نمونهای شامل همهٔ نتیجههای ممکن است و هر پیشامد زیرمجموعهای از آن است؛ در شمارش نتیجهها باید به مهم بودن یا نبودن ترتیب توجه کنیم.
- اجتماع یعنی رخ دادن حداقل یکی، اشتراک یعنی رخ دادن هر دو و تفاضل یعنی رخ دادن اولی بدون دومی؛ متمم نیز حالتهای رخ ندادن یک پیشامد را در بر میگیرد.
- برای نتیجههای همشانس، است و میتوان از رابطههای و کمک گرفت.