概率实验室
用真实随机数与精确数学,观察日常活动背后的统计规律
秒 实验次数 ÷ 时长 = 每秒次数

抛一枚硬币,观察实测频率如何随样本量增大而收敛到理论概率——以及为什么收敛速度只有 1/√n。把正面概率 p 调离 50%,看看“不公平”要多少次实验才能被看出来。

实际操作

本次结果

尚未投掷

连续投掷时仅展示最近若干次结果。

大数定律:正面频率随投掷次数的收敛

累计统计

理论值

投一个或多个骰子,比较每个面的实测频率与理论概率 1/6,并用卡方检验判断骰子是否公平。

实际操作

最近几次结果

尚未投掷

频率分布 vs 理论概率

累计统计

频率明细

卡方拟合检验

卡方统计量 χ² = Σ (观测−期望)² / 期望

自由度 df = 5(单骰)、10(双骰)。χ² 越小越符合均匀分布;在 5% 显著性水平下,单骰临界值约 11.07,双骰约 18.31,小于临界值就不能否定“骰子公平”。

以中国福利彩票“双色球”为例:红球 6 个从 1–33 中选,蓝球 1 个从 1–16 中选。这里用精确组合数计算每一档的中奖概率与期望回报,并模拟“长期坚持购买”的真实结果。

选号与开奖

等待开奖

长期购买模拟:累计投入 vs 累计回报

各奖级中奖概率(精确组合数)

期望值与回报率

一、二等奖为浮动奖金,此处按给定假设值计算;其余奖级为固定奖金。结论:长期期望回报率显著低于 100%,即每买一注平均净亏。

一等奖概率有多小

中心极限定理:当多个独立同分布的随机变量相加,其和(或均值)的分布会趋近正态分布,无论原始分布是什么。掷骰子是最直观的例子。

实际操作

点数和的经验分布 vs 理论正态曲线

累计统计

理论

单骰均值 3.5、方差 35/12。n 个骰子之和的均值为 3.5n,方差为 35n/12。把横轴换成“标准化”值 z = (X − μ) / σ 后,不同 n 的分布会重叠成同一条标准正态曲线。

一个房间里至少两人同一天生日的概率,远高于直觉。23 个人时概率就已超过 50%。下面的曲线是精确值,模拟按钮可以用真实随机验证它。

精确概率曲线

实际操作验证

关键数值

公式

P(至少两人同生日) = 1 − 365/365 × 364/365 × … × (365−k+1)/365 = 1 − ∏_{i=0}^{k−1} (1 − i/365)

k = 23 → 50.7%;k = 41 → 90.3%;k = 57 → 99.0%;k = 70 → 99.9%。

三扇门后有一辆汽车,另两扇后是山羊。你选择一扇门后,主持人打开另一扇有山羊的门,然后问你是否换门。换门的中奖概率真的是 2/3 吗?用模拟验证。

实际操作

等待模拟

两种策略的中奖率对比

不换门(实测) 换门(实测) 理论值 1/3 与 2/3

累计统计

为什么是 2/3

首次选中汽车概率 = 1/3 首次选中山羊概率 = 2/3 → 不换门赢 = 1/3 → 换门赢 = 2/3

主持人知道车在哪,并且一定会打开一扇羊门,这个“知情行为”把信息注入了剩下的那扇门,使它继承了 2/3 的概率。

公交平均每 10 分钟来一班。你随机走到站台,平均要等多久?直觉是 5 分钟,但如果公交是“随机到站”的,答案其实是 10 分钟——这就是“等待时间悖论”。

实际操作

等待模拟

等待时间分布 vs 理论曲线

累计统计

理论:等待时间悖论

出门要不要带伞?这不是靠“感觉”,而是道期望值问题:带伞要付出麻烦成本,不带伞则有被淋湿的风险。拖动三个参数,看最优决策的边界在哪里。

参数操作

拖动参数,实时观察期望损失

期望损失随下雨概率变化

当前决策

二维热力图:下雨概率 × 被淋成本

颜色代表“采取最优策略后的期望损失”,越红损失越高。白点标记当前参数位置;“带伞”与“不带”的分界线是一条直线 p = 带伞成本 / 被淋成本。

理论

密码到底有多难撞?把字符集大小按密码长度做幂运算,会得到一个大得离谱的可能性总数。这里用精确组合数展示不同密码的强度,并模拟暴力破解一次。

参数操作

等待模拟

可能性随长度爆炸式增长

计算结果

理论

抽屉里有若干颜色的袜子,闭眼随机抽两只,恰好抽到一双(同色)的概率是多少?增减各色数量,概率会实时变化——组合数学给出精确答案,模拟给出验证。

抽屉里的袜子(按“双”计)

调整数量,实时给出精确概率

各颜色贡献 vs 精确概率

精确计算

每次随机猜一个 1–10 的数,连续猜中 k 次的概率是 (1/10)^k。连续命中几次才算“幸运”?看分布就知道——绝大多数人的连击都很短。

实际操作

等待模拟

“一整局”中最长连续猜中次数的分布

累计统计

连续猜中 k 次的精确概率

理论