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文档简介

1、信息学竞赛中概率论的基础与应用,江苏省扬州中学 胡渊鸣,引言为什么要讲概率论?,近年来竞赛中概率问题大量涌现 问题的解法需要理论支撑 知其然, 更要知其所以然,概率空间的定义概率到底是什么?,概率空间的三个要素 样本空间 事件 所有事件的集合 概率测度 :,概率公理不是每个实值函数都是概率测度,一个合理的概率测度, 应该满足如下条件: 非负性 , 0 规范性 =1 可加性 , , = = +(),随机变量名字带来的误解,不是随机性来源 不是变量 样本空间上的(实值)函数 随机变量: 如为快速排序的每次执行情况之集, 可定义为某次算法的执行时间.,随机变量的期望一个重要属性,期望是随机变量的属性

2、 表示平均情况下随机变量的输出. 继上例, 表示快速排序的平均执行时间. = = () (=),期望的性质解题的基础,线性性质(可加性) 1 + 2 = 1 + 2 独立的随机变量期望可相乘 1 2 = 1 2 ,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,从树的根节点S出发, 到叶子节点T点停止, 求DFS算法期望要求多少步. 每次DFS将从这个点出发未到达过的点random_shuffle以后按这个随机顺序往下试探. 注意, DFS时返回(弹栈)的过程也算一步. 题目本身不难, 但是需要按部就班说清楚才能让解法使人信服.,样本空间是什么? 所有从到T的可能的DFS路径. 概

3、率分布P? ()表示走出路径的概率. 对于任意的事件, = () 随机变量X? ()表示路径的走过的路程. 要求什么? , 即走过路程的期望.,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,路径数目巨大, 无法一一枚举. 利用期望的线性性质按边分解. 设随机变量 ()表示路径经过边e的次数. = = 只需求出 即可,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,现在问题变成, 如何求 所有必经路径(黄色)上的边, 必然仅走1次,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,对于不在必经路径上的边e, 假设: 距离必经路径上最近的点为u 其所在子树以u的

4、儿子v为根 T所在子树以u的儿子w为根 考虑DFS到达u时 先进入w, 则e走了0次 先进入v, 则e走了2次 两种情况概率分别是 1 2 期望走的次数为1次.,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,神奇的结论: 每条边期望走的次数都是一次, 于是期望步数是1. 这种DFS期望时间仅和树的点数有关, 与形态无关.,应用 : MazeAdapted Form CF 123E,两个不等式对极端情况的估计,Markov不等式 对于非负随机变量, 任意正实数, 有 Chebyshev不等式 对于任意随机变量有 2 E X 1 2,应用:最小圆覆盖算法的分析众所周知的线性算法, 会不会超时呢?,利用Markov不等式来看看 对于=200,000 2 2 = 1 =5 10 6 仅是最乐观的估计, 已经相

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