首先介绍一下PAT工具,下图是PAT工具的图标

PAT工具全称是Process Analysis Toolkit,可以做一些简单的验证。

今天我们分析一下例子里面的Monty Hall Problem

这个问题不知道大家知不知道,这里简单介绍一些这个问题(羊车门问题)。话说有一个国外的电视节目,有三个门(A,B,C门),其中两个门后面放的是羊,另一个门后面放的是车,说一天,一个参与者选中了A这个门,主持人从另外两个门里面选中一个门,打开一看是羊。问参与者要不要换选的门,换门得到车的概率是多大。

我们来简单分析一下这个问题,首先参与者第一个门里面是羊的概率为2/3,是车的概率为1/3,因为另一扇门被打开而且里面是羊,那么如果想换门得到车必须是第一个门是羊,就是概率为2/3,也就是说,在这种情况下,换门得到车的概率是2/3,不换门得到车的概率是1/3。

我们加大一点点难度,假设在参与者选中车之后,有1/3的概率主持人会把车放到参与者选中的门里面,有2/3的概率什么都不做。这种情况下我们看换门得到车的概率是多少。

首先第一次参与者选门,选中车的概率为1/3,选中羊的概率是2/3,先来看看选中车的情况,这时无论主持人动不动手脚,车都在参与者选中的门里面,然后参与者换门,得到车的概率为0。然后来看第一次选中羊的情况,有1/3的概率主持人会把车放到参与者选中的门里面,有2/3的概率什么都不做,换门得到车的情况必须是主持人什么都不做,就是2/3*2/3=4/9。

好,现在我们回到PAT中来。我们来看看PAT能帮我们做什么。

先看代码:

//=======================Model Details===========================
//枚举门1,门2,门3,值分别为0,1,2
enum{Door1, Door2, Door3}; //定义变量
var car = -;
var guess = -;
var goat = -;
var final = false; #define goal guess == car && final;
//放车,门1车等于0,门2车等于1,门3车等于2
PlaceCar = []i:{Door1,Door2,Door3}@ placecar.i{car=i} -> Skip;
//选中一个门
Guest = pcase {
: guest.Door1{guess=Door1} -> Skip
: guest.Door2{guess=Door2} -> Skip
: guest.Door3{guess=Door3} -> Skip
};
//开门行为,开的门不能是有车,而且不能是选中的门
Goat = []i:{Door1,Door2,Door3}@
ifb (i != car && i != guess) {
hostopen.i{goat = i} -> Skip
};
//换门行为,换的门不能是选中的门,也不能是主持人已经打开的门
TakeOffer = []i:{Door1,Door2,Door3}@
ifb (i != guess && i != goat) {
changeguess{guess = i; final = true} -> Stop
};
//不换门行为,
NotTakeOffer = keepguess{final = true} -> Stop;
//换门
Sys_Take_Offer = PlaceCar; Guest; Goat; TakeOffer; #assert Sys_Take_Offer reaches goal with prob;
//不换门
Sys_Not_Take_Offer = PlaceCar; Guest; Goat; NotTakeOffer; #assert Sys_Not_Take_Offer reaches goal with prob;
//先猜,后放车
Sys_With_Dishonest_Program = Guest; PlaceCar; Goat; NotTakeOffer; //place after guessing #assert Sys_With_Dishonest_Program reaches goal with prob;
//主持人偷偷换车位置,1/3的概率换车,2/3的概率不换车
HostSwitch = pcase {
: switch{car = guess} -> Skip
: Skip
};
//放车,猜车,开羊门,换车位置,换门
Sys_With_Cheating_Host_Switch = PlaceCar; Guest; Goat; HostSwitch; TakeOffer; #assert Sys_With_Cheating_Host_Switch reaches goal with prob; Sys_With_Cheating_Host_Not_Switch = PlaceCar; Guest; Goat; HostSwitch; NotTakeOffer; #assert Sys_With_Cheating_Host_Not_Switch reaches goal with prob;

代码可能需要解释一下,首先是枚举三个门,Door1, Door2, Door3,这三个门的值就是0,1,2。然后定义了三个变量,car表示车在哪个门,car=0就表示car在第一个门,guess表示参与者选中某个门,guess=Door1(也就是guess=0)就表示选中第一个门,goat就表示主持人中间开的门,goat=1就表示主持人打开的是2号门。final表示程序是否进行到最后。final=true就表示程序进行到最后。

接下来定义了一个goal,这个goal是一个bool判断,guess==car&&final。就是表示程序进行到最后且得到车。

接下来定义了几个行为,分别是放车,参与者选门,主持人开门,换门,不换门。

放车:

PlaceCar = []i:{Door1,Door2,Door3}@ placecar.i{car=i} -> Skip;

英文中括号表示选择,就是那个i在Door1,Door2,Door3里面选择,选择之后开始放车(就是给车赋值),然后结束。

参与者选门:

Guest = pcase {
: guest.Door1{guess=Door1} -> Skip
: guest.Door2{guess=Door2} -> Skip
: guest.Door3{guess=Door3} -> Skip
};

pcase表示概率选择,看到有三种情况,概率都是1/3(这里需要注意一下,这里都是1,所以都为1/3,但是有些同学可能就会问了,都写成0.5行不行,这里是不行的,在PAT里面小数点是有含义的,所以不能使用小数,这里都写成2是可以的,但是写成2是不是有点太2了,所以约定俗称的都写成1,但是如果每种情况的概率不一样,就可以写各种不同的数字)。

主持人开门行为:

Goat = []i:{Door1,Door2,Door3}@
ifb (i != car && i != guess) {
hostopen.i{goat = i} -> Skip
};

主持人开门肯定是在三个门里面选择一个门,而且这个门不能是有车的门,也不能是参与者选中的门。然后结束。

参与者换门行为:

TakeOffer = []i:{Door1,Door2,Door3}@
ifb (i != guess && i != goat) {
changeguess{guess = i; final = true} -> Stop
};

参与者换门也是在三个门里面选一个,而且这个门不能是他当前选中的门,也不能是主持人已经打开的门,然后换门,然后游戏结束(guess = i; final = true)。

参与者不换门行为:

NotTakeOffer = keepguess{final = true} -> Stop;

这里就是直接结束(final = true)。

接下来给了几个行为和对行为的分析:

放车,猜门,开羊门,换门,前面分析过,这个过程得到车的概率是2/3.

Sys_Take_Offer = PlaceCar; Guest; Goat; TakeOffer;

下面这个是对这个行为的验证:

#assert Sys_Not_Take_Offer reaches goal with prob;

我们来看分析结果

点击Verification

然后弹出来一个窗口:

点击第一个,然后进行验证

我们接着看后面的代码:

不换门:

Sys_Not_Take_Offer = PlaceCar; Guest; Goat; NotTakeOffer;

分析结果为:

下面来看一个坑爹的行为:

Sys_With_Dishonest_Program = Guest; PlaceCar; Goat; NotTakeOffer; //place after guessing

用户先猜,猜完了猜放车,然后主持人开门,然后不换门,大家觉得这个能中车的概率是多少,必须是从0到1啊。

接下来就是加大难度了,就是主持人有可能换车的位置。

HostSwitch = pcase {
: switch{car = guess} -> Skip
: Skip
};

看到有1/3可能把车放到参与者选中门上。

从上面的分析可以知道这样换门得到车的概率是4/9。不换门得到车的概率是5/9。

如下验证可以看到我们的结果是对的。

可以看到,PAT工具可以做一些简单的概率方面的验证工作。

下次有机会在分享。

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