著名的三门问题，是在 “胡扯” 吗？
上周，小灰写了一篇关于“三门问题”的漫画，引起了小伙伴们的激烈争论。没看过的小伙伴可以看一看：
回顾问题
这个数学问题来源于一个娱乐节目。节目中有一位参与者和一位主持人，在参与者的面前有三扇关闭的门，其中两扇门的后面是空的，剩下一扇门后是一辆法拉利跑车。
主持人知道哪一扇门后面有跑车，但参与者不知道。此时让参与者人选一扇门，如果选择的是后面有跑车的那扇门，跑车就作为奖励送给参与者。
问题一直到这里都很简单：一共有三扇门，参与者随机做选择，获奖几率肯定是1/3。
下面是问题的重点，当参与者进行选择以后，暂时先不打开这扇门，接下来主持人把剩下两扇门当中的一扇打开，是空门。
此时主持人给了参与者重新选择的机会：可以坚持刚才选择的门（在图中是2号门），也可以换另一扇没有打开的门（在图中是1号门）。
如果你是游戏参与者，你怎样选择的获奖率更大？获奖率又是多少？
匪夷所思的答案
小灰自己刚刚看到这个问题的，也颇不以为然：
这种题还用问吗？有三扇门的时候，获奖率是1/3；现在排除了一扇门，剩下两个门二选一，换门或不换门，获奖率应该都是50%才对呀？
但是，正确答案是十分 “反直觉” 的：
换门的获奖率是 2/3
不换门的获奖率是 1/3
What's the hell？这简直是匪夷所思啊！
留言区里，许多小伙伴提出了质疑，许多人的想法和当初小灰自己的想法差不多：
“当最后剩下两扇门的时候，此时讨论的获奖率应该是一个独立事件，和之前参与者怎么选择，以及主持人打开空门这些事，应该完全无关才对呀？既然是一个独立事件，那么二选一，难道获奖率不是50%吗？”
对于这样的质疑，小灰十分理解。
首先需要明确一点，我们讨论的关于“换门”的获奖率不是一个独立事件，必须以第一次的选择作为基础。在概率学当中，这种情况叫做条件概率。
那么，到底什么样才是独立事件呢？
举个例子，假如游戏的参与者本来是小灰，当小灰选择一扇门，而主持人打开一扇空门之后，不明真相的小红从外面跑了进来。小红并不知道当初小灰选择的是哪一扇门，只知道剩下两扇关闭的门中，有一扇门藏有奖励。
那么此时对于小红来说，无论选择哪一扇门，获奖率都是50%，因为小红是在做独立的选择，而不是基于第一次的选择来”换门”。
这才是所谓的 “独立事件”。
从多个角度来思考
那么，在“换门”的情况下，获奖率2/3又是怎么来的呢？
小灰上周的漫画里，利用了基于“贝叶斯理论”的思想来分析换与不换的获奖率：
直白地讲，就是把第一次选择和第二次选择的所有情况进行细化，分析出每一种情况下的条件概率，再把这些概率进行加总，得到了最终的结果：
不换门的获奖率 = （1/3 X 100%）+（1/3 X 0%）+（1/3 X 0%）=1/3
换门的获奖率 = （1/3 X 0%）+（1/3 X 100%）+（1/3 X 100%）=2/3
有些小伙伴看了分析以后，仍旧感到不以为然，OK，这一定是小灰讲得不够清楚。
那么这一次，就让小灰从更多的思考角度，来解释这个反直觉的问题。
角度一：
假设没有主持人帮助打开空门这一步，那么我们换门和不换门的获奖率各是多少呢？
此时，换门也包括两种换法，但无论怎样选择，获奖率都各占1/3：
而主持人打开空门的这一操作，让换门的获奖率提升了一倍。为什么呢？因为换门的选项从两个减少到一个，正确率自然加倍了，从原来的1/3，提升到了2/3；而不换门的获奖率，仍然固定在1/3：
角度二：
思考一个更加极端的例子，假如我们的游戏中有10000扇门，而不是3扇门。
此时，当你选择了一扇门之后，你的获奖率是一万分之一。接下来，主持人为你打开9998扇空门，这时候，你该不该换门呢？
显然是应该换的。因为不换门的情况下，你中奖的几率是微乎其微的，而换门的中奖几率高达9999/10000！
角度三：
仍然回到三扇门的情况，在你第一次选择一个扇门的时候，你的获奖几率是1/3，这个是毫无疑问的。
如果此时给你一个“特殊选择”，让你要么坚持选定当前的门，要么把除了刚才选定的门以外的所有门全部打开，里面只要有任何一扇门有奖励，你就能获奖。那么，你觉得是否应该做出这个特殊选择呢？
显然，这个特殊选择的获奖率是2/3，你肯定应该做出这个特殊选择。
而在我们的问题当中，主持人替你打开一扇空门，留下你第一次选择的门和另一扇关闭的门，并给你一次换门的机会。
这个换门的选择，和刚才所描述的“特殊选择”，实际上是等价的。
用代码来验证
上面所说的都仅仅是理论分析，我们不妨用代码来实际检验一下。
public static void threeDoorsTest(){
//换门的获奖总次数
int changeWinCount = 0;
//不换门的获奖总次数
int unChangeWinCount = 0;
Random random = new Random();
for(int i =0; i<1000; i++){
List<Integer> doors = new ArrayList(Arrays.asList(0,1,2));
int bonusDoor = random.nextInt(3) ;
int selectedDoor = random.nextInt(3) ;
//主持人打开一扇空门
for(int j=0;j<doors.size();j++){
if(doors.get(j)!=selectedDoor && doors.get(j)!=bonusDoor){
doors.remove(j);
break;
}
}
//获得换门的序号
int changedDoor = doors.get(0);
if(changedDoor == selectedDoor){
changedDoor = doors.get(1);
}
//如果不换门有奖，unChangeWinCount加1；如果换门有奖，changeWinCount加1
if(selectedDoor == bonusDoor){
unChangeWinCount ++;
}else if(changedDoor == bonusDoor){
changeWinCount ++;
}
}
System.out.println("不换门获奖总次数：" + unChangeWinCount);
System.out.println("换门获奖总次数：" + changeWinCount);
}
public static void main(String[] args) {
threeDoorsTest();
}
代码输出结果如下：
不换门获奖次数：327
换门获奖次数：673
数据结果显而易见，不换门获奖的比例占了约1/3，换门获奖的比例占了2/3。
写在最后
三门问题真的是一个非常有意思的数学问题。在上个世纪的美国，这个问题刚刚被提出的时候，也遭到过许多人的质疑，这些质疑者中有教师，有学者，甚至有数学家。后来人们经过了许多次实验，才逐渐达成共识。
质疑精神是值得鼓励的，有了质疑才能让思想进一步完善。对于小灰的漫画和文章，也欢迎大家随时提出更多的意见和想法。
最后，让我们来致敬一下 “三门问题” 的提出者，集才华和美貌于一身的天才人物 玛丽莲·沃斯·莎凡特。
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