对换钱悖论的贝叶斯分析

# 问题的提出

现在邀请你和一位路人甲来做一个游戏:我拿出两个信封分别递给你们,并告诉你 们一个装着的钱是另一个的两倍(但不知道哪个多哪个少)。你们有一次互相交换 的机会,想交换吗?然后打开信封,看一下自己拿到的钱数(但不要让对方知道),现在还想交换吗?

——引自0x01.me

这段话似乎可以引出一个悖论:

换钱后,有一半的概率钱变成原来的两倍,一半概率钱减少到原来的一半,因此期望收益是大于零的。然而另一方面,两份钱显然是对称的,因此不可能总是由换钱带来收益。

下面我们用贝叶斯来分析这个悖论。

# 贝叶斯分析

假设发钱时,钱少的那个钱数取$y$的先验分布为$\rho(y)$。设某人抽到了钱数是$x$,则此时$y$的取值可以是$x$或者$x/2$。

参数$y$下$x$的分布是 $$p(x|y)=\frac{\delta(x-2y)+\delta(x-y)}{2}$$

因此$x$本身的发生概率:

\begin{align} p(x)&=\int p(x|y)\rho(y)dy\\ &=\frac{1}{2}\int [\delta(x-2y)+\delta(x-y)]\rho(y)dy\\ &=\frac{\rho(x)}{2}+\frac{\rho(x/2)}{4} \end{align}
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