ずっと探しているのに決められない 4/5 - "秘書問題”の証明 | はるぶーのマンションヲタクな日々

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マンションのモデルルームがあるとたとえ外国でもふらふら入ってしまったり、
管理組合の理事会には思わず立候補する人って多いですよね。(多いはず)
なのにあんまり管理組合の苦労とかのブログって見ないので立ち上げてみました。

  今まで扱ってきたのにはなぜか”秘書問題”という名前がついてます。
数式を見るのはいや。。。って人は飛ばして明日投稿のその(5)を
見てくださいね...

 
 n人とお見合いした場合に、n/e人をまず見送ってベストを覚えておいて
その上の人がきいたらお見合いをストップするとき”最上”の人と結婚
できる可能性が最大となることの証明。
 

[[ 証明 ]]

全部で、n人いて、最初k人を見送って最大値を覚えておく場合、
k+1 人目にヨン様がいる場合、勝利の確率1
K+2 人目にヨン様がいる場合には、全部で k+1人目に見送った人を含む k+1人中
にそこまででのベストがいた場合、失敗しているので確率は 1- 1/(k+1) = k/k+1
k+3 人目にいた場合は、同じように、 1-1/(k+2) = k/k+2
以下延々と最後まで計算していくと。もともとヨン様の滞在確率は、何人目でも
 1/n ですからこれは、
 P(k) = k/n × { 1/k + 1/(k+1) + 1/(k+2) ... + 1/(n-1) }
が最大になる k を決めなさいという問題と同じ。
 

Nが大きい場合には、 1/1 + 1/2 + .... + 1/(n-1) ~ log n だとまぁ近似して
いいので(本当は、nが非常に大きい場合で、この差はオイラーの定数
γ~0.577..に収束するのですがこの差はn が大きいということで無視)

 
 P(k) ~ k/n × (log n - log k) = k/n × log (n/k)
 

の最大値を与える整数 k を求める問題となり。これは、k が実数だと思えば、
高校生の微分の問題になるので [ log(x)/x の極大値問題 ] P'(k) = 0 となる
k= n/e のときに、 P(k) は最大値になって、そのとき P(n/e) = 1/e
 

この方式で、ヨン様と結婚できる確率は、最初に n/e (大体1/3)を見送って、
ベストを覚えておいて、そこからそれを超えるものを待った場合に最大となるが、
成功確率は 1/e~約37% にすぎない...
 

((証明終))


ーーーーーーーーーーーーーーーーーー

数学的には、これ”最適停止問題”といわれていて、N人ランダムで、
その場で決めないといけない場合は ”秘書問題” と呼ばれています。
 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%98%E6%9B%B8%E5%95%8F%E9%A1%8C
(この説明は、わかっている人にしかわからないからちょっと不親切) 
 
 自然対数の底(ネイピア数)e=2.71828182845904523.. ってのは、
割とあちこちでお目にかかるもので、1/e が答えになる問題では、
他にもNが大きい場合で、
 
● N人がプレゼントを用意して、てんででたらめにお互いに相手に渡すことに
 した場合(クリスマス会なんかでありそうですね)誰にも自分が
 用意したプレゼントが当たらない確率とか
 (実は6割を超えて、自分のプレゼントを持って帰る人がいるんだけど、
  日本人はあんまり自分のが当たったぁって言わないんだな)
 
● 1/N 回墜落する飛行機に N回のったけど、自分ののっている飛行機が
 落ちない確率 (ジャンボで、N=400-500万程度です)とか
 
割と身近なとこででてきますので、”利用”可能です。
 
 証明ででてきた、log(x)/x も実は逆数の x/log(x) は、x以下の素数の
概数を求める有名な”素数定理”にでてくる形で、自然対数の底e がないと
1億より小さい素数の個数は500万個よりちょっと多そうだなってのが
判りません(わかってどうするってツッコミはなし)
 
 さて急に式ばっかりになりましたが、
その(5)では、”高望み”して最上を追及するのではなく、
必ず”誰かを採用しないといけない”場合に、どのようにその期待値を
最適化するかという問題について扱ってみましょう。
 
上の Wiki では”基本報酬問題”となっているものですが、もう
少しわかり易く扱ってみましょうね
  
 # 然対数の底e って、円周率πとかに比較するとなんか
迫害されててかわいそうな気がするんでブログにしてみたという...

 
 最終回その(5)に続く。。。読んでくれる人いるかな。。。


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