46个回答

美国斩杀线为什么刚好在1/e附近?

月入过来看
53个点赞 👍

其实是一个非常经典的问题,在quant求职时常见的brain teaser,而且只需要基本的高等数学知识即可完成。

这个问题的基础版本包括但不限于:假设十年时间里每年都不重复地谈一次恋爱,那么选择在第几次结婚?

去麦田摘麦穗,假设每棵麦穗只能经过一次,怎么找出最大的麦穗?

这类问题都有一个共同点,即:给定数量的样本范围,在每个样本只有一次观察的机会(即要么选择要么放弃)的前提下,如何操作,使得找出最优样本的概率最大?

这里找出最优解需要考虑三个点,首先,我们希望考察这个样本集合的大致水平,以便尽可能估计最优样本的水平,为实现这个目的,需要预先观察若干个样本,观察后再进行选择;其次,对每个样本,观察机会只有一次,自然希望最优解没有出现在预先观察的样本集合中;最后,在完成对样本的预先观察后,只要新观察的样本比预先观察集合中的局部最优样本更好,就视为全部样本中的最优解,结束观察,那么自然希望次优解出现在预先观察的样本集合中,并假设次优解出现在最优解之前。


明确了这三点,就可以开始解决这个问题了,问题求解如下:

样本集合为 {Xi}(1in)\left\{ X_{i} \right\}(1\leq i\leq n) ,预先观察的样本集合为 Xi(1ik){X_{i}}(1\leq i \leq k) ,记

Xj=maxXi(1in)X_{j}=max{X_{i}} (1\leq i \leq n)Xl=X(n1)X_{l}=X_{(n-1)} ,观察k个样本后找出最优样本的概率为 PkP_{k} .

由前述第二个点, k<jnk<j\leq n ;由前述第三个点, 1<lk1<l\leq k ,若不然, Pk=0P_{k}=0 .

对j求和,j有n个取值,取后n-k个有效;l有j-1个取值,取前k个有效 ,所以

Pk=k+1nkj11n=knk+1n1j1P_{k}=\sum_{k+1}^{n}{\frac{k}{j-1}\cdot\frac{1}{n}}=\frac{k}{n}\sum_{k+1}^{n}{\frac{1}{j-1}} .

nn\rightarrow \infty 时,由Riemann积分定义, Pk=knkn11tdt=knlnknP_{k}=\frac{k}{n}\int_{\frac{k}{n}}^{1}\frac{1}{t}dt=-\frac{k}{n}ln\frac{k}{n} .

这是关于k的函数,对k求导,令导数为0,即可得到最大值点 k=nek=\frac{n}{e} .

也就是在e分之一的位置做预先观察后,后续只要新观察的样本比预先观察集合中的局部最优样本更好,就可以最大概率得到最优样本。


补充说明一下,这个理论是需要满足一定条件才适用的,最重要的就是:必须先经过次优解再经过最优解;样本数量要足够大。

此外,每个样本可能并非只有一次观察机会。

Luke Lv
自由评论 (0)
分享
Copyright © 2022 GreatFire.org