生日问题

本文探讨了生日问题,即在一定数量的人群中至少有两人生日相同的概率。通过反向计算不同人生日不相同的概率,揭示了著名的生日悖论,指出当人数达到23时,这一概率接近0.5。文章还利用平均值不等式进行了数学证明,并讨论了相关概率计算。

生日问题

1.引入

假设教室内存在 n n n名同学,求至少两名同学生日相同的概率。

2.生日悖论

(此部分引用自@Harrytsz的博客

从反面考虑这一问题,即求任意两名同学生日不同的概率。

显然存在以下性质:

1.第一个同学的生日有 365 365 365种选择;
2.第二的同学的生日有 364 364 364种选择;
3.第三个同学的生日有 363 363 363种选择;
4.第四个同学的生日有 362 362 362种选择;
5.第i个同学的生日有 365 − i + 1 365 - i + 1 365i+1种选择;

因为 n n n位同学选择总数为:

∏ i = 1 n 365 = 36 5 n \prod _{i=1}^n 365=365^n i=1n365=365n

故不同的选择总数为:
E ( n ) = ∏ i = 1 n 365 365 − i + 1 E(n)=\prod_{i=1}^{n} \frac{365}{365-i+1} E(n)=i=1n365i+1365

因此 n n n位同学生日不同的数学期望为:

E ′ ( n ) = 1 − E ( n ) E^{'}(n)=1-E(n) E(n)=1E(n)


E ′ ( n ) = 1 − ∏ i = 1 n 365 365 − i + 1 E^{'}(n)=1-\prod_{i=1}^{n} \frac{365}{365-i+1} E

在计算机科学中,特别是概率论和计算理论领域,生日问题是这样一个经典的概率问题:假设在一个房间里有n个人,每个人都有随机选择一年中的任意一天作为他们的生日,问至少需要多少人才能确保至少有两个人同一天生日的概率大于某个特定值。 Java可以用于模拟这个问题,通过随机生成每一天作为每个人的生日,并维护一个数组或集合来跟踪已经出现过的生日。当添加第n+1个人时,我们可以检查这个人与当前已知的生日是否冲突,如果有冲突,则找到了一对相同的生日;如果没有冲突,我们就继续添加人直到找到冲突。 以下是一个简单的Java代码片段来模拟这个问题: ```java import java.util.*; public class BirthdayProblem { public static void main(String[] args) { int totalPeople = 0; while (probabilityOfNoOverlap(totalPeople) < 0.997) { // 例如设置99.7%的概率保证至少有一个人生日相同 totalPeople++; } System.out.println("至少需要 " + totalPeople + " 人才有超过99.7%的可能性存在至少两人生日相同"); } public static double probabilityOfNoOverlap(int peopleCount) { Calendar daysInYear = Calendar.getInstance(); return Math.pow(365 / daysInYear.getActualMaximum(Calendar.DAY_OF_YEAR), peopleCount); } } ``` 在这个程序中,`probabilityOfNoOverlap`函数计算没有共享生日的概率,然后我们在循环中不断增加人数,直到这个概率小于我们想要的阈值。
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