平均要取多少个(0,1)中的随机数才能让和超过1

平均要取多少个(0,1)中的随机数才能让和超过1

分类： 数据结构与算法设计2013-09-21 22:40 86人阅读 评论(0) 收藏 举报

随机数问题

题目：平均要取多少个(0,1)中的随机数才能让和超过1 ？答案为e次！

分析： 为了证明这一点，让我们先来看一个更简单的问题：任取两个 0 到 1 之间的实数，它们的和小于 1 的概率有多大？容易想到，满足 x+y<1 的点 (x, y) 占据了正方形 (0, 1)×(0, 1) 的一半面积，因此这两个实数之和小于 1 的概率就是 1/2 。类似地，三个数之和小于 1 的概率则是 1/6 ，它是平面 x+y+z=1 在单位立方体中截得的一个三棱锥。这个 1/6 可以利用截面与底面的相似比关系，通过简单的积分求得：

       ∫(0..1) (x^2)*1/2 dx = 1/6

 

     可以想到，四个 0 到 1 之间的随机数之和小于 1 的概率就等于四维立方体一角的“体积”，它的“底面”是一个体积为 1/6 的三维体，在第四维上对其进行积分便可得到其“体积”

       ∫(0..1) (x^3)*1/6 dx = 1/24

    依此类推， n 个随机数之和不超过 1 的概率就是 1/n! ，反过来 n 个数之和大于 1 的概率就是 1 - 1/n! ，因此加到第 n 个数才刚好超过 1 的概率就是

       (1 - 1/n!) - (1 - 1/(n-1)!) = (n-1)/n!

    因此，要想让和超过 1 ，需要累加的期望次数为

       ∑(n=2..∞) n * (n-1)/n! = ∑(n=1..∞) n/n! = e

 

     PS: e^x的泰勒展开式为：1+x+x^2/2!+x^3/3!+...