擲硬幣與骰子:怎麼計算機率

連續擲出五次正面的機率有多低?為什麼兩顆骰子的點數和,7 比 12 更常出現?擲兩顆 d20 取較大的那顆,差別有多大?這裡有逐步算出的結果、可以查閱的對照表,以及如何用 ABC SyG 的工具親自驗證。

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公平的硬幣與獨立事件

一枚公平的硬幣,擲出正面的機率是 1/2(50 %),反面也是 1/2。重點在於每次投擲都是獨立的:硬幣沒有記憶。就算已經連續出現五次正面,第六次擲出的結果仍然是 50 對 50。

相信並非如此,就叫做賭徒謬誤:以為「這次該輪到反面了」。真正成立的是,事先來看,連續五次正面是個機率很低的事件(3.125 %)。但一旦它已經發生,那五次投擲就成了過去,不會影響下一次。

連續幾次正面:1/2^n 規則

因為每次投擲都是獨立的,機率要相乘。連續 n 次正面(或 n 次反面,或任何你事先指定的特定順序),機率是 1/2 自乘 n 次,也就是 1/2^n。

前 n 次投擲全部是正面的機率。
連續投擲算式機率
1 次正面1/250 %
2 次正面1/425 %
3 次正面1/812.5 %
4 次正面1/166.25 %
5 次正面1/323.125 %
6 次正面1/641.5625 %
8 次正面1/256約 0.39 %
10 次正面1/1,024約 0.098 %

要小心一個常見的陷阱:1/32 是前五次投擲都是正面的機率,但如果你擲很多次,在某個地方出現連續五次相同結果是很正常的。擲 100 次時,某處出現至少連續 5 次同一面(正面或反面)的機率約為 97 %,至少連續 6 次的機率約為 81 %。在很長的一串結果中出現很長的連續,並不代表硬幣被動過手腳。

一顆骰子:至少擲出一次 6 的機率

一顆公平的六面骰,每個數字出現的機率是 1/6,約 16.7 %。想知道多次投擲中至少擲出一次 6 的機率,最好先算相反的情況:所有投擲都沒有出現 6 的機率,也就是 (5/6) 的投擲次數次方,再用 1 減掉它。

擲 4 次:1 − (5/6)^4 = 1 − 625/1,296 = 0.5177,也就是約 51.8 %。換句話說,一顆骰子擲四次,擲出 6 的機會比沒擲出 6 稍微高一點。

一顆骰子的投擲次數至少擲出一次 6 的機率
1約 16.7 %
2約 30.6 %
3約 42.1 %
4約 51.8 %
6約 66.5 %
8約 76.7 %

請注意,擲 6 次並不會達到 100 %:六次 1/6 的機會加起來並不保證一定成功。每多擲一次,只是讓「一直沒出現 6」的機率稍微縮小一些。

兩顆骰子:為什麼 7 是最常出現的點數和

兩顆六面骰共有 6 × 6 = 36 種機率相同的組合。但點數和的機率並不相同,因為有些點數和可以用更多種方式組成。2 只能由 1+1 組成;7 則可以由 1+6、2+5、3+4、4+3、5+2 和 6+1 組成,共六種不同的方式。

兩顆六面骰的點數和:36 種組合的分布。
點數和組合數機率
236 種中的 1 種約 2.8 %
336 種中的 2 種約 5.6 %
436 種中的 3 種約 8.3 %
536 種中的 4 種約 11.1 %
636 種中的 5 種約 13.9 %
736 種中的 6 種約 16.7 %
836 種中的 5 種約 13.9 %
936 種中的 4 種約 11.1 %
1036 種中的 3 種約 8.3 %
1136 種中的 2 種約 5.6 %
1236 種中的 1 種約 2.8 %

同一張表還能得出其他資料:擲出兩個 6 的機率是 1/36(約 2.8 %),擲出兩個相同的數字(一對)是 6/36 = 1/6,而擲兩顆骰子至少出現一個 6 的機率是 11/36(約 30.6 %),和一顆骰子擲兩次的結果相同。擲一顆 12 面骰和擲兩顆 6 面骰並不一樣:d12 擲出 7 的機率是 1/12(約 8.3 %),而 2d6 擲出 7 的機率是 1/6。

角色扮演遊戲的骰子:d4、d6、d8、d10、d12 和 d20

「d」後面的數字是面數:d20 以相同的機率擲出 1 到 20 的數字,也就是每個 5 %。一顆從 1 到 n 的 n 面骰,平均值是 (n + 1) / 2:d6 是 3.5,d20 是 10.5。

許多角色扮演遊戲使用優勢與劣勢規則:擲兩顆 d20,取較大的(優勢)或較小的(劣勢)。以下是 400 種可能組合所算出的結果:

兩顆 d20 的優勢與劣勢。
目標一顆 d20優勢劣勢
擲出 11 或更高50 %75 %25 %
擲出 15 或更高30 %51 %9 %
擲出 205 %9.75 %0.25 %
結果的平均值10.513.8257.175

優勢並不會直接加 10 點:要擲到 11 或更高,機率從 50 % 變成 75 %;要擲到 20,從 5 % 變成 9.75 %。當目標落在刻度中間時,效果最大。另外,這個工具並不套用任何遊戲規則,所以要這樣做的話,請擲兩顆 d20,自己取較大或較小的那顆。

如何使用擲硬幣、擲骰子與隨機數字

  1. 在「擲硬幣」中,選擇想用幾枚硬幣(最多 10 枚),再點「擲硬幣」或按空白鍵。畫面會顯示每枚硬幣、簡要的結果,下方還有累積的計數。點「重設計數」就能從零開始。
  2. 在「擲骰子」中,選擇數量(1 到 10 顆)與面數(4、6、8、10、12、20 或 100),再點「擲骰」。你會看到每一顆骰子、總和,以及可以用「清除紀錄」清空的擲骰紀錄。
  3. 在「隨機數字」中,設定最小值、最大值(都包含在內)與數量。如果不想讓數字重複,請勾選「不重複數字」再點「產生」。
  4. 若要驗證這篇文章中的表格,請把 10 枚硬幣擲很多次:最常見的結果是 5 次正面(佔投擲次數的 24.6 %),而 4 到 6 次正面合計約佔 65.6 %。出現 0 次或 10 次正面的情況,大約每 512 次投擲才會發生 1 次。

一切都在你的裝置上計算,不會傳送到伺服器。硬幣的計數和骰子的紀錄,會在重新載入頁面時消失。

公平地做決定

如果只有兩個選項,擲硬幣最簡單。選項更多時,請使用骰子或隨機數字,把每個數字分配給一個選項。有個實用的小技巧:如果有四個選項,可以擲兩次硬幣(正正、正反、反正、反反),或擲一顆 d4。如果有五個或更多選項,最好直接用範圍剛好吻合的隨機數字。

抽籤最好要公開:讓所有人都看得到畫面,並在擲之前說好規則(每一面代表哪個選項,以及以第一次擲出的結果為準)。看到結果之後才改變心意,就完全沒有公平可言。至於具有法律效力或需要公證的抽籤,線上工具是不夠的。

瀏覽器中的「隨機」是什麼意思

電腦並不會真的擲什麼東西:它使用的是亂數產生器。在擲骰子和隨機數字中,本站使用瀏覽器的密碼學亂數產生器,目的是讓結果無法被預測,並讓範圍內每個數字的機率都相同。硬幣則使用瀏覽器的亂數產生器,每一面各 50 %。

還有兩個誠實的提醒。第一,硬幣的動畫只是視覺效果:結果在硬幣開始轉動之前就已經決定了。第二,投擲次數很少時,結果看起來不平均是正常的:擲 100 次硬幣,通常會出現 40 到 60 次正面(大約 96 % 的情況),而不是剛好 50 次。

常見問題

如果已經連續出現五次正面,這次擲出反面的機率會比較高嗎?

不會。每次投擲都是獨立的,所以第六次仍然是正面 50 %、反面 50 %。認為相反的想法,就是賭徒謬誤。

連續擲出 3 次正面的機率是多少?

是 1/2 × 1/2 × 1/2 = 1/8,也就是 12.5 %。連續 5 次正面則是 1/32,3.125 %。

為什麼兩顆骰子的點數和,7 比 12 更常出現?

因為 7 可以用六種方式組成(1+6、2+5、3+4、4+3、5+2、6+1),在 36 種組合中佔 16.7 %;而 12 只有 6+6 一種,也就是 2.8 %。

一顆骰子擲 4 次,至少擲出一次 6 的機率是多少?

1 − (5/6)^4,約為 51.8 %。算法是用 1 減去四次投擲都沒有出現 6 的機率。

硬幣和骰子的結果真的是隨機的嗎?

它們是用瀏覽器的亂數產生器產生的,不偏向任何一面。可以用來做決定和玩遊戲,但不能當作正式抽籤的憑證。