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数学文化之醉酒的小鸟定理与解析

奥数网 | 2018-11-01 15:02:51

定理:喝醉的酒鬼总能找到回家的路,喝醉的小鸟则可能永远也回不了家。

假设有一条水平直线,从某个位置出发,每次有50%的概率向左走1米,有50%的概率向右走1米。按照这种方式无限地随机游走下去,最终能回到出发点的概率是多少?

答案是100%。在一维随机游走过程中,只要时间足够长,我们最终总能回到出发点。

现在考虑一个喝醉的酒鬼,他在街道上随机游走。假设整个城市的街道呈网格状分布,酒鬼每走到一个十字路口,都会概率均等地选择一条路(包括自己来时的那条路)继续走下去。那么他最终能够回到出发点的概率是多少呢?答案也还是100%。刚开始,这个醉鬼可能会越走越远,但最后他总能找到回家路。

不过,醉酒的小鸟就没有这么幸运了。假如一只小鸟飞行时,每次都从上、下、左、右、前、后中概率均等地选择一个方向,那么它很有可能永远也回不到出发点了。事实上,在三维网格中随机游走,最终能回到出发点的概率只有大约34%。

这个定理是著名数学家波利亚(GeorgePólya)在1921年证明的。随着维度的增加,回到出发点的概率将变得越来越低。在四维网格中随机游走,最终能回到出发点的概率是19.3%,而在八维空间中,这个概率只有7.3%。

  • 标签:醉酒的小鸟,数学文化
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