题意:
给出k类硬币和每类硬币的数量和正面朝上的概率,问每类硬币成为幸运硬币的概率是多少。成为幸运硬币的条件是每投一次将所有背面朝上的硬币去掉,继续抛掷,直至剩下一种或者一个都不剩下,那最后一种留下的硬币就是幸运硬币。
分析:
这题公式推导比较新颖。
一般的划分状态在此题因为状态过多开销巨大而不适用,所以考虑以每次投掷硬币为依据划分阶段。
设 die[i][j]die[i][j]die[i][j] 表示第 iii 类硬币在第 jjj 次投掷(包括第 jjj 次)前就已经被抛弃的概率;
易得:die[i][j]=(1−p[i]j)num[i]die[i][j] = (1 - p[i]^j)^{num[i]}die[i][j]=(1−p[i]j)num[i]
方便起见,再定一个 alive[i][j]alive[i][j]alive[i][j],表示第 iii 类硬币在第 jjj 次投掷(包括第 jjj 次)后至少有一个硬币还存在的概率;
显然:alive[i][j]=1−die[i][j]alive[i][j] = 1 - die[i][j]alive[i][j]=1−die[i][j]
第 iii 类硬币在第 kkk 轮投掷后成为幸运硬币的概率就是:
alive[i][k]×( ∏j=1,j≠indie[j][k]−∏j=1,j≠indie[j][k−1] )alive[i][k] \times (\ \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k] } - \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k - 1] }\ )alive[i][k]×( ∏j=1,j=indie[j][k]−∏j=1,j=indie[j][k−1] )
其中 ( ∏j=1,j≠indie[j][k]−∏j=1,j≠indie[j][k−1] )(\ \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k] } - \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k - 1] }\ )( ∏j=1,j=indie[j][k]−∏j=1,j=indie[j][k−1] ) 表示的是其他硬币在第 k−1k-1k−1 轮还至少存在一个,到了第 kkk 轮全部被抛弃的概率。
因此第 iii 类硬币成为幸运硬币的概率就是:
∑k=1∞alive[i][k]×( ∏j=1,j≠indie[j][k]−∏j=1,j≠indie[j][k−1] )\sum_{k=1}^{∞} alive[i][k] \times (\ \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k] } - \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k - 1] }\ )∑k=1∞alive[i][k]×( ∏j=1,j=indie[j][k]−∏j=1,j=indie[j][k−1] )
这里需要注意特判一下 n=1n = 1n=1(nnn 种硬币) 时即只有 111 类硬币的情况。
值得推敲的就是求和公式的 ∞∞∞ 符号,真的要取到很大很大,大到无穷项吗? 其实是不需要的,每次投掷硬币有 0.4~0.6 的概率是正面向上,那么当进行几十轮后,这个硬币仍然向上的概率是很小,所以这个求和式很快就收敛了。
因此最终答案就是:
ans[i]=∑k=1100alive[i][k]×( ∏j=1,j≠indie[j][k]−∏j=1,j≠indie[j][k−1] )ans[i] = \sum_{k=1}^{100} alive[i][k] \times (\ \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k] } - \prod_{j=1,j \neq i }^{n}{die[j][k - 1] }\ )ans[i]=∑k=1100alive[i][k]×( ∏j=1,j=indie[j][k]−∏j=1,j=indie[j][k−1] )
其实看很多大佬的博客最后答案写的是:
这个式子表示第 stepstepstep 步时,其他硬币在 111 到 stepstepstep 步内死光了,只剩下 iii 硬币存活,继续扔, iii 硬币在 step+1step+1step+1 步时死光了。我个人觉得是比较难以理解其中的含义。但是实际上我之前写的式子经过变形后也可以得到这个式子,各位读者可以自行选择理解。
代码:
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 15, M = 105;
double p[N], alive[N][M], die[N][M];
int num[N];
double qmi(double a, int b)
{
double ans = 1;
for (; b; b >>= 1)
{
if (b & 1) ans = ans * a;
a = a * a;
}
return ans;
}
int main()
{
int t;
scanf("%d", &t);
while (t--)
{
int n;
scanf("%d", &n);
for (int i = 1; i <= n; i++)
scanf("%d%lf", &num[i], &p[i]);
if (n == 1) puts("1.000000");
else
{
for (int i = 1; i <= n; i++) // 预处理die, alive
{
double P = 1;
for (int j = 0; j <= 100; j++)
{
die[i][j] = qmi(1 - P, num[i]);
alive[i][j] = 1 - die[i][j];
P *= p[i];
}
}
for (int i = 1; i <= n; i++)
{
double ans = 0;
for (int k = 1; k <= 100; k++)
{
double x = 1, y = 1;
for (int j = 1; j <= n; j++)
{
if (j == i) continue;
x *= die[j][k];
y *= die[j][k - 1];
}
ans += alive[i][k] * (x - y);
}
printf("%.6f", ans);
if (i == n) printf("\n");
else printf(" ");
}
}
}
return 0;
}