נסיכת המדעים

אני מניח שכולכם יודעים מה קורה/קרה בבחירות בארה"ב בשנת 2020.  תהליך ספירת הקולות נמשך על פני מספר ימים, וכל מה שאפשר לעשות זה לעקוב אחרי התהליך: מי מוביל הספירה באיזו מדינה ובכמה. דוגמה אקראית מבוקר כתיבת שורות אלה: הכותרת של כלכליסט היא "הדרמה בארה"ב: כמעט שוויון בפנסילבניה ובג'ורג'יה, טראמפ מצמצם הפער באריזונה".

יש נקודה חשובה שמשום מה מתעלמים ממנה: ההצבעה הסתיימה, ותוצאות הבחירות כבר נקבעו. רק שאנחנו עדיין לא יודעים מי ניצח כי לא סיימו לספור את כל הקולות. (( איזה קולות סופרים? זו שאלה אחרת שחורגת מתחומי העניין של הבלוג הזה)).

כל הדרמה הזו הזכירה לי בעיה ישנה  מסוף המאה ה-19, שנקראת פשוט "בעיית הבחירות" (The ballot problem). הניסוח מאוד פשוט. שני מועמדים מתחרים בבחירות. אם מוציאים את פתקי ההצבעה מהקלפי זה אחד זה באופן אקראי, מה הסיכוי כי המועמד שקיבל את רוב הקולות יוביל לאורך כל מהלך הספירה?

הקישור שהופיע בפיסקה הקודמת יוביל אתכם לעמוד בויקיפדיה שבו תוכלו לקרוא על ההיסטוריה של הבעיה הזו, ועל כל מיני דרכים שנמצאו כדי לפתור אותה. אפשר למשל לנסות לרשום/לספור את כל המהלכים האפשריים של ספירת הקולות, ואת כל המהלכים האפשריים שבהם המנצח מוביל לאורך כל הספירה. אפשר להשתמש באינדוקציה מתמטית. הפתרון המקורי השתמש בנוסחת נסיגה. אני רוצה להציג כאן פתרון אחר  שמבוסס על הפתרון של המתמטיקאי הצרפתי Désiré André.

סיפורנו מתחיל בעיירה ציורית במרכז אילינוי, שם מתגוררים כמה אלפי אנשים, ויש בה רק קלפי אחת. הם בוחרים באחד משני המתמודדים לנשיאות, בואו נקרא להם ג'ו ודונלד. כל קשר לפוליטיקה מקרי לחלוטין. בחרתי בשם ג'ו מכיוון שכאשר התגוררתי בארה"ב האמריקאים הכירו אותי בשם ג'ו, ובשם דונלד כי בין היתר יש לי אוסף מפואר של כ-150 ברווזים.

נניח שג'ו קיבל A קולות, ודונלד קיבל B קולות, ובאופן מסתורי אנחנו יודעים את הערכים המספריים של A ו-B לפני שהתחילה ספירת הקולות, ואנחנו גם יודעים כי A גדול מ-B, כלומר ג'ו ניצח. מה הסיכויים שג'ו יוביל לאורך כל תהליך ספירת הקולות?

יש מספר תרחישים אפשריים. נתחיל במקרה הכי קל: הפתק הראשון שהוצא מהקלפי הוא של דונלד. דונלד מוביל, ולכן ג'ו לא מוביל לאורך כל הספירה. הסיכוי לתרחיש הזה הוא B/(A+B).

עכשיו בואו נשים לב כי מכיוון שג'ו ניצח, אם דונלד מוביל בשלב מסויים, אז בנקודת זמן כלשהי לאחר מכן ייווצר שיוויון קולות, כי ג'ו קיבל יותר קולות. הנה דוגמה לתרחיש אפשרי שבו זה קורה:

מספר הקולות שנספרו	למי ניתן הקול	היתרון של ג'ו
1	דונלד	1-
2	דונלד	2-
3	דונלד	3-
4	ג'ו	2-
5	דונלד	3-
6	דונלד	4-
7	ג'ו	3-
8	ג'ו	2-
9	ג'ו	1-
10	ג'ו	0

מה שקורה אחר כך לא ממש משנה. כל תרחיש שבו הקול הראשון הוא קול לדונלד מגיע בנקודה כלשהי לשוויון בספירה, וההסתברות לתרחיש הזה היא כאמור B/(A+B) . אפשר לתאר את התרחיש הזה בגרף הבא:

מה קורה אם הקול הראשון שנספר ניתן לג'ו? כאן ג'ו מוביל בתחילת הספירה, ולאר מכן יש שתי אפשרויות: או שג'ו ימשיך להוביל לאורך כל הספירה, או שבשלב מסויים ייווצר שיוויון בקולות.

בואו נוסיף לגרף שלנו תרחיש אפשרי שבו ג'ו מתחיל להוביל, אבל לאחר מכן הספירה מגיעה לשוויון:

אני לא בחרתי את התרחיש הזה באופן מקרי! התרחיש השני (הכחול) הוא השיקוף של התרחיש הראשון (האדום). למעשה, לכל אחד מהתרחישים שבהם דונלד מוביל בתחילת הספירה (לאחר שהקול הראשון נספר), יש תרחיש מקביל שבו ג'ו מקבל את הקול הראשון שנספר והספירה מגיעה לשוויון. גם ההיפך נכון: לכל אחד מהתרחישים שבהם ג'ו מוביל בתחילת הספירה (לאחר שהקול הראשון נספר) והספירה מגיעה בשלב כלשהו לשוויון, יש תרחיש מקביל שבו דונלד מקבל את הקול הראשון שנספר ואז הספירה חייבת להגיע לשוויון.

לכן ההסתברויות לשני סוגי התרחישים – תרחיש שבו דונלד מוביל בתחילת הספירה, ותרחיש שבו ג'ו מוביל בתחילת הספירה אך אינו מוביל לאורך כל הספירה – שוות, וכל אחת מהן שווה ל- B/(A+B). אם נחבר אותן נקבל את ההסתברות לתרחיש שבו ג'ו אינו מוביל לאורך כל הספירה, והסתברות זו שווה ל- 2B/(A+B).

מכאן קל לחשב כי ההסתברות שג'ו יוביל לאורך כל הספירה שווה ל-1 פחות ההסתברות שהוא לא יוביל לאורך כל הספירה, כלומר ל- (A+B)/(A-B).

שימו לב כי התוצאה היא בעצם ההפרש בין מספרי הקולות שניתנו למועמדים חלקי סך כל הקולות. מעניין, אבל לא בהכרח אינטואיטיבי.

אתם מוזמנים להמשיך להחזיק אצבעות למען המועמד המועדף שלכם.

קוף מקבל כל פעם כדור ומניח אותו באחד משני סלים בהסתברויות שוות. בכל סל יש מקום לשני כדורים ואם סל מתמלא מרוקנים אותו מייד. כאשר יש בדיוק כדור אחד בכל סל, הקוף מקבל בננה. הוא מתחיל עם שני סלים ריקים. כמה כדורים יניח בממוצע עד שיקבל בננה?

אפשר לגשת לחידה הזו בכמה צורות.

הגישה ה-"נאיבית"

מי שלא בקיא בסטטיסטיקה והסתברות, יכול לחשוב על הגישה הבאה: ברור שאחרי כדור אחד הוא לא יקבל בננה. אחרי שני כדורים הוא יקבל בננה בהסתברות חצי, או שלא יקבל בננה ואז הוא יעמוד שוב בפני שני סלים ריקים. אם לא קיבל אחרי 2 כדורים, זה בגלל שהוא שם את שני הכדורים הראשונים באותו סל, ואז הוא ניצב שוב בפני שני סלים ריקים ולכן ברור כי הוא לא יקבל בננה אחרי הכדור השלישי. אבל הוא יכול לקבל בננה אחרי הכדור רביעי אם ישים את הכדור הרביעי בסל הריק. מה הסיכוי שנגיע עד לכאן? רבע, כי הסיכוי שהקוף יגיע לכדור השלישי הוא חצי, ומכאן כמו קודם יש לו סיכוי של חצי להגיע לבננה בעוד שני כדורים, וחצי של חצי זה רבע.

מכל הדיון הזה אפשר להסיק כי מספר הכדורים עד קבלת הבננה חייב להיות זוגי, וכן כי הסיכוי לקבלת בננה אחרי שני כדורים הוא חצי, אחרי ארבעה כדורים הסיכוי הוא רבע, אחרי שישה כדורים – שמינית, וכך הלאה.

אפשר לקרוא לגישה הזו בהרבה שמות, אבל נאיבית היא לא. לאלה שהגיעו עד לכאן – אנא קבלו את התנצלותי על כך שהטעיתי אתכם בכותרת. אני קורא לגישה הזו בשם "הגישה הנכונה". זה מה שצריך לעשות: למצוא את כל האפשרויות, ואת הסיכוי/הסתברות של כל אפשרות.

עכשיו רק צריך לשקלל את האפשרויות בהסתברויות שלהן. כלומר לחשב את זה:

זה דורש קצת אלגברה, ואני אדלג על החישוב ברשותכם. התוצאה היא 4.

גישה שניה: מציאת בעיה דומה

זו גישה מקובלת: אם עומדים בפני בעיה, מנסים למצוא בעיה דומה שכבר פתרנו, ובעזרת הפתרון הזה מגיעים לפתרון של הבעיה הנוכחית (( מכירים את הסיפור על המתמטיקאי והפיזיקאי שנתבקשו להרתיח מים בקומקום? ))

אפשר לנסח את הבעיה של הקוף באופן הבא: הוא מקבל שני כדורים, ושם כל אחד מהם בסל באופן אקראי. אם חילק אותם שווה בשווה בין שני הסלים, הוא מקבל בננה. אם לא – הוא יכול לנסות שוב.

כדי שהגישה הזו תעבוד צריך לשים לב לשני פרטים חשובים. קודם כל – שני הסלים שונים זה מזה. אני מניח שאף אחד לא יתווכח על זה. נקרא לסלים בשם הסל הימני והסל השמאלי.

הפרט השני בדרך כלל יותר בעייתי: גם שני הכדורים שונים זה מזה. אם כדור אחד היה אדום ואחד היה כחול, אז הטענה הזו הייתה ברורה לגמרי. אבל לפעמים קשה לשים לב להבדלים בין הכדורים. אולי ההבדלים הם רק בשריטות שיש על הכדורים. אפילו אם מדובר בשני כדורים חדשים מהניילון – הם עדיין שונים זה מזה. וגם אם הם זהים בכל פרט שאתם יכולים לדמיין – הם עדיין שונים זה מזה. אלה שני כדורים ולא כדור אחד. הם מורכבים מאטומים שונים. לכן נקרא לכדורים האלה בשם כדור א וכדור ב. מה יכול לקרות כשהקוף מקבל את שני הכדורים? יש ארבע אפשרויות

• שני הכדורים בסל הימני
• שני הכדורים בסל השמאלי
• כדור א בסל הימני וכדור ב בסל השמאלי
• כדור א בסל השמאלי וכדור ב בסל הימני

ומכיוון שהקוף בוחר באופן אקראי את הסל שבו יניח כל כדור, לכל ארבע האפשרויות האלה יש סיכוי שווה, והסיכוי הזה שווה לרבע. ומכיוון שבדיוק שתי אפשרויות שבהן הקוף יקבל בננה, הסיכוי שהוא יקבל בננה הוא חצי.

אז בעצם יכולנו להקל על הקוף ולתת לא להטיל מטבע. אם יצא פלי, מה חבל. אם יצא עץ, הקוף יכול לטפס על העץ ולקטוף לעצמו בננה.

וכך הפכנו את בעיית הקוף לבעיה שכולנו (( אני מקווה )) מכירים. כמה פעמים בממוצע צריך להטיל מטבע הוגן עד קבלת עץ? התשובה היא אחד חלקי הסיכוי לקבלת עץ, כלומר אחד חלקי חצי, כלומר 2. אבל רגע, בכל "הטלת מטבע" כזו הקוף מקבל 2 כדורים, ולכן מספר הכדורים הוא 2 כפול 2, כלומר 4, אותה התשובה שקיבלנו קודם.

גישה שלישית: שרשרת מרקוב – לא להיבהל!

דיברתי כבר על שרשראות מרקוב כאשר דנתי בבעיית המטריות. שאלת הקוף היא עוד דוגמא נחמדה לשרשרת מרקוב.

ניזכר: שרשרת מרקוב היא קבוצה של מצבים, בצירוף ההסתברות לעבור ממצב למצב.

לשרשרת של הקוף יש שלושה מצבים:

1. שני סלים ריקים. נסמן מצב זה ב-00.
2. סל אחד ריק ובשני יש כדור. נסמן מצב זה ב-01.
3. כדור אחד בכל סל. נסמן מצב זה ב-11.

אם הקוף במצב 00 הוא יכול לעבור רק למצב 01. יש שני סלים ריקים, הוא מקבל כדור ושם אותו באחד הסלים. זה כל מה שאפשר. ההסתברות לעבור ממצב 00 למצב 01 שווה ל-1.

אם הקוף במצב 01 יכולים לקרות שני דברים: או שהוא שם את הכדור הבא בסל שכבר יש בו כדור. בסל יש שני כדורים, מרוקנים אותו, והקוף חוזר למצב 00. זה קורה בהסתברות חצי. הדבר השני שיכול לקרות הוא שהקוף ישים את הכדור בסל הריק, יגיע למצב 11, יקבל בננה, והמשחק נגמר. גם זה יכול לקרות בהסתברות חצי.

אם הקוף במצב 11 הוא כבר לא מתעניין בנו, כי יש לו בננה. ההסתברות לעבור ממצב 11 למצב 00 או 01 היא 0. המצב הבא, אם נתעקש, יהיה שוב 11. כלומר, ממצב 11 עוברים למצב 11 בהסתברות 1.

הנה תיאור ציורי של השרשרת:

הקוף למעשה מטייל לו בין מצבים 00 ל-01 עד שבמקרה הוא מצליח לעבור למצב 11. בעזרת הציור קל לראות שמספר הכדורים שהקוף יניח עד קבלת הבננה הוא זוגי.

איך כל זה עוזר לנו?

נניח שממוצע מספר הצעדים/כדורים מ-00 ל-11 הוא X.

כפי שראינו קודם, X שווה ל-2 בהסתברות 0.5.

אבל אם בשני הצעדים הראשונים שלו הקוף יצא מ-00 וגם חזר לשם, אז ממוצע מספר הצעדים שנותרו לו מעכשיו הוא גם כן X! וזאת מכיוון שמצבו עכשיו, לאחר שני צעדים לא שונה מהמצב ההתחלתי. כלומר, ממוצע מספר הצעדים אם אנחנו יודעים שהוא כבר עשה סיבוב אחד של 00 ל-01 ל-00 הוא 2+X. ההסתברות שזה יקרה גם כן שווה לחצי. ולכן

פתרון המשוואה הזו הוא X=4.

משפט הקופים

המסקנה מתוך כל הדיון הזה: אם תתנו לקוף לתקתק מספיק זמן על מכונת כתיבה הוא ידפיס את כל כתבי שייקספיר.

רגע? מה?

בואו נחזור לבעיה המקורית, זאת עם הכדורים והבננה. מה הסיכוי שהקוף יטייל במשך כל חייו האינסופיים בין המצבים 00 ו-01?

קודם ראינו כי הסיכוי שהוא יגיע לבננה אחרי 2 צעדים הוא חצי, אחרי 4 צעדים – רבע, אחרי 6 צעדים – שמינית, וכך עד אינסוף. לכן הסיכוי שהוא יקבל בננה שווה לחצי ועוד רבע ועוד שמינית וכן הלאה. זהו סכום של טור גיאומטרי אינסופי, והסכום הזה שווה ל-1. ההסתברות שהקוף יקבל בננה היא 1.

עכשיו, בואו נרחם על הקוף שלנו, ולפני שנטיל עליו להדפיס את כל כתבי שייקספיר נבקש ממנו לתקתק את המילה "יוסי". הקוף נמצא בעצם בשרשרת מרקוב בת שני מצבים. במצב אחד יש לו דף נייר חלק, ובמצב השני יש דף שעליו מתנוסס השם שלי.

הקוף מקבל דף חלק. זהו מצב 0. הוא מתקתק ארבע אותיות ובא אלי להראות לי מה הוא הצליח לעשות. אם כתוב "יוסי" אני נותן לו חיזוק חיובי ומשחרר אותו עד מחר. הוא הגיע למצב 1. אם לא, אני מקמט את הנייר, זורק לפח, ונותן לו דף נייר חדש, שינסה שוב, עד שיעשה את זה כמו שצריך.

זה כמו הטלת מטבע, רק שהסיכוי להטלת עץ הוא מאוד קטן. אבל לא אפס. נסמן את הסיכוי הזה באות p. הקוף מתחיל במצב 0, עובר למצב 1 בהסתברות p ונשאר במצב 0 בהסתברות p-1. אם הוא מגיע למצב 1 הוא נשאר שם בהסתברות 1.

כמו קודם, אם הוא יטיל את המטבע שוב ושוב בסוף יתקבל עץ. אפשר לחשב כמו קודם סכום של טור גיאומטרי אינסופי ולראות כי ההסתברות לקבל עץ או לתקתק את כל כתבי שייקספיר שווה ל-1. הקוף יצטרך בממוצע 1/p ניסיונות. כל מה שאתם צריכים זה לחכות.

שוב פירסמתי סקר בטוויטר שמאחוריו מסתתרת רשימה על בעיה מעניינת בהסתברות – והפעם בעיית ימי ההולדת. הנה השאלה והתפלגות התוצאות:

בואו ננסה להבין ביחד מה קורה כאן. לשם כך, כרגיל, צריך להניח הנחות.

ההנחה הראשונה היא שאין תלות בין תאריכי הלידה של שני אנשים שונים. כלומר, אם אתם יודעים, למשל, שאני נולדתי ב-13 באוקטובר ((אל תשכחו לציין את זה בלוח השנה שלכם)), זה לא אומר לכם כלום על תאריך ההולדת של דונלד טראמפ, וגם לגבי תאריך ההולדת של כל אדם אחר. שימו לב שבהנחה הזו אנו מוציאם מהמשחק אפשרות של תאומים, שלישיות וכולי.

ההנחה השנייה היא שיש בשנה 365 ימים, ויש לכן 365 ימי הולדת אפשריים. ההנחה הזו מאפשרת לי להתעלם מכל האנשים המעצבנים שנולדו ב-29 לפברואר.

ההנחה השלישית היא שהתפלגות ימי ההולדת היא אחידה. פירוש הדבר הוא שהסיכוי כי אדם שבחרתם באופן מקרי נולד ב-1 בינואר שווה לסיכוי שהוא נולד ב-35 במאי, או בכל יום אחר בשנה, והסיכוי הזה הוא 1/365.

כרגיל, אפשר להתווכח על ההנחות, ולהחליף כל הנחה בהנחה אחרת, אבל זה רק יגרום לחישובים יותר מסובכים, בעוד שהתשובות המהותיות לא ישתנו. אם החישובים לא מדברים אליכם, דלגו עליהם, והתרכזו בעקרונות ובתוצאות. כדאי לכם להגיע עד הסוף, כי יש גם סרט.

ועכשיו נענה לשאלות. אם יש 23 אנשים באוטובוס, מה ההסתברות שלשניים מהם יש יום הולדת באותו יום?

אפשר לשאול את השאלה הזו בצורה אחרת: מה המספר המינימלי של אנשים באוטובוס כדי שההסתברות שלשניים מהם יש יום הולדת באותו יום תעלה על 50%?

קודם כל אסביר מדוע יש מספר אנשים שבו ההסתברות שלשניים מהם יש יום הולדת באותו יום עולה על 50%.

ובכן, אם יש באוטובוס רק בן אדם אחד (הנהג, אני מקווה), ההסתברות כי יש באוטובוס שני אנשים שנולדו באותו יום היא כמובן 0.

אם יש באוטובוס שני אנשים, ההסתברות ששניהם נולדו באותו יום היא 1/365. אסביר: ההסתברות ששניהם נולדו ב-1 בינואר היא 1/365 כפול 1/365. ההסתברות ששניהם נולדו ב-2 בינואר היא שוב 1/365 כפול 1/36, וכן הלאה. נחבר 1/365 כפול 1/365 לעצמו 365 פעמים, ונקבל 1/365.

אם יש באוטובוס 3 אנשים ההסתברות ששניים מהם נולדו באותו יום גבוהה יותר. ההסתברות שהנהג והנוסע הראשון נולדו באותו יום היא כאמור 1/365, אבל יש לקחת בחשבון גם את האפשרות שהנהג והנוסע השני נולדו באותו יום, וגם את האפשרות ששני הנוסעים נולדו באותו יום. התוצאה אמנם אינה חיבור פשוט של כל שלושת ההסתברויות ((כי יש חפיפה בין המאורעות)), אבל אני מקווה שברור כי היא גבוהה יותר.

אם נוסיף עוד נוסע ועוד נוסע ועוד נוסע ההסתברות שיש באוטובוס שני אנשים שנולדו באותו יום תלך ותגדל.

אם יהיו באוטובוס 366 איש ((זה אוטובוס ממש גדול)), ההסתברות שבאוטובוס יש שני אנשים שחולקים יום הולדת מגיעה ל-100%: במקרה הכי גרוע יש 365 אנשים שכל אחד נולד ביום אחר בשנה, ואז יום ההולדת של האדם ה-366 חייב להיות זהה ליום הולדת של אחד מהאחרים ((כי הנחנו שאין 29 בפברואר)). הטיעון הזה, אגב, מבוסס על טענה מתמטית המכונה "עקרון שובך היונים".

ובכן, ההסתברות של המאורע שלנו מתחילה ב-0, גדלה ככל שנוספים אנשים לאוטובוס ומגיעה בסוף ל-100%. לכן חייבת להיות נקודה בה ההסתברות הזו תעבור את ה-50%. הנקודה הזו היא, באופן מפתיע, כאשר מספר האנשים באוטובוס מגיע ל-23. אני לא מתכוון לעבור כאן על כל החישוב, אבל  יש ברשת מחשבון לחישוב ההסתברויות , שם גם יש הסבר כיצד ההסתברות מחושבת. 23 הוא מספר יחסית קטן של אנשים, והאינטואיציה של רוב בני האדם ((כן, כן, גם שלי)) אומרת להם כי זה מספר קטן מדי של אנשים, יחסית למספר ימי ההולדת האפשריים. מסיבה זו בעיית ימי ההולדת מכונה "פרדוקס ימי ההולדת", למרות שאין כאן שום סתירה לוגית.

אם תביטו שוב בתוצאות הסקר, אתם עלולים לחשוב כי כמעט מחצית מהמשיבים (49%) ענו את התשובה הנכונה. אבל זה לא נכון. זו התשובה הנכונה לשאלה שדנתי בה עד עתה, אבל זו לא התשובה לשאלה ששאלתי.

אני שאלתי מה ההסתברות כי בין 22 הנוסעים האחרים יש אדם שחולק איתי יום הולדת. במילים אחרות, מה ההסתברות שיש באוטובוס עוד אדם שנולד ב-13 באוקטובר. התשובה לשאלה הזו היא בערך 5%. כדי שההסתברות שמישהו באוטובוס חולק איתי יום הולדת תהיה בערך 50%, צריכים להיות עליו 253 אנשים. החישוב כאן יותר פשוט מהחישוב של השאלה הקודמת, ולכן אסביר אותו במפורט. מי שלא מתעניין בחישובים יכול לדלג פיסקה.

ההסתברות כי הנוסע הראשון מבין 22 הנוסעים האחרים נולד ב-13 באוקטובר היא 1/365, ולכן ההסתברות כי לא נולד ב-13 באוקטובר היא 364/365. באופן דומה, ההסתברות כי הנוסע השני לא נולד ב-13 באוקטובר גם היא 364/365, וכך הלאה לכל שאר הנוסעים. בגלל אי התלות בין ימי ההולדת, ההסתברות כי אף אחד מבין 22 הנוסעים האחרים היא לכן המכפלה של 364/365 בעצמו 22 פעמים. זה יוצא 0.941. מכאן שההסתברות כי לפחות אחד מבין ה-22 נולד ב-13 באוקטובר היא 1-0.941=0.058, או, בקירוב טיפה גס, בערך 5%. שליש מהמשיבים לסקר בחרו את התשובה הנכונה. ((ומי שענה "אחר" בגלל שהתוצאה יותר קרובה ל-6% מאשר ל-5%, גם זה סבבה))

יש הרבה פולקלור מסביב לבעיית ימי ההולדת. בספר הקלאסי Lady Luck מספר המחבר, המתמטיקאי וורן וויבר, כי השתתף בארוחה עם מספר גנרלים בזמן מלחמת העולם השנייה. הוא סיפר להם על בעיית ימי ההולדת, וכצפוי, הטענה כי אם יש בחדר 23 אנשים אז הסיכוי ששניים מהם חולקים יום הולדת היא כ-50% לא תאמה את האינטואיציה של חלק מהנוכחים. מכיוון שבארוחה השתתפו 22 איש, הם החליטו להעמיד את הטענה למבחן: כל אחד מהמשתתפים אמר מהו יום הולדתו, ולא נמצאו שני סועדים עם יום הולדת משותף. אז התערבה בשיחה המלצרית שנכחה בחדר ואמרה "סלחו לי, אבל אני האדם ה-23 בחדר, ויום הולדתי הוא ה-17 במאי, כמו יום ההולדת של הגנרל היושב שם".

מבין 45 הנשיאים של ארצות הברית, הנשיאים פולק והרדינג נולדו שניהם ב-2 בנובמבר. הנשיאים פילמור וטאפט מתו שניהם ב-8 במרץ, ושלושת הנשיאים אדמס, ג'פרסון ומונרו מתו ב-4 ביולי. אף נשיא לא חולק איתי יום הולדת.

ג'וני קארסון, המנחה ההמיתולוגי של ה-Tonight Show, התעמק גם הוא בבעיה. בשידור ב-6.2.1980 הוא סיפר לאורח שלו כי מספיק שיהיו 35-40 אנשים בחדר, כדי שיימצאו ביניהם שני אנשים שחולקים יום הולדת משותף.  (אם יש בחדר 35 אנשים, ההסתברות היא כ-85%. כשיש 40 אנשים ההסתברות היא כמעט 90%). המרואיין לא השתכנב וקארסון החליט לערוך הדגמה. הוא שאל גברת מהקהל מה תאריך הלידה שלה, והיא ענתה שיום הולדתה הוא ב-9 לאוגוסט. התברר כי אין עוד אדם בקהל שזהו יום הולדתו. קארסון החליט לנסות שוב. הוא בחר מישהו אחר מהקהל, ויום הולדתו היה ה-9 באפריל. שוב התברר כי אין בקהל אדם נוסף שזהו יום הולדתו. קארסון המתוסכל ניסה שוב, הפעם עם יום ההולדת של עצמו, ה-23 באוקטובר. שוב לא היה בקהל אדם נוסף שזהו יום הולדתו. הפעם היו בקהל שני אנשים שחלקו עימו יום הולדת. ((תודה לגיל גרינגרוז ששהפנה את תשומת ליבי)) מי שהגיע עד לכאן כבר הבין כי קארסון חיפש תשובה לשאלה הלא נכונה. בקהל, אגב, היו כ-500 איש, מה ששמבטיח בודאות כי היו שם לפחות שני אנשים עם יום הולדת משותף. אתם מוזמנים לצפות בהקלטת השידור.

איך להמר (אם אתה מוכרח)

אתם חייבים 100 אלף דולר לשוק האפור, אבל יש לכם רק 50 אלף, וצריך לשלם בערב. זה לא משנה אם יהיו לכם 50 אלף דולר, או 90 אלף, או 99,999. כל סכום קטן מ-100 אלף יגרום לתוצאות הרות אסון. הסיכוי היחיד שלכם נמצא בקזינו. אתם ניגשים לשולחן הרולטה, שם אפשר להמר על אדום-שחור. אם הימרתם בדולר אחד על אדום, והתוצאה היא אדום, תקבלו בחזרה את הדולר שלכם ודולר אחד נוסף. אם התוצאה אינה אדום ((יש עוד שתי אפשרויות – שחור וירוק)) הפסדתם את הדולר. יש לציין כי הסתברות הזכיה כאשר מהמרים על אדום היא קצת פחות מ-50%. מה הכי כדאי לעשות? מהי האסטרטגיה שתביא למקסימום את ההסתברות שתצאו מהקזינו ובכיסכם 100 אלף דולר?

שאלה דומה לזו הוצגה בעמוד הראשון של הספר הקלאסי How to gamble if you must מאת Lester E. Dubins, ‎Leonard J. Savage, andb ‎William Sudderth. כותרת המשנה של הספר היא Inequalities for Stochastic Processes, ומעידה על כך שזהו בהחלט ספר מתמטי. ההוכחה לתשובה שמייד אציג נמצאת בפרק החמישי של הספר, למי שמתעניין. כאן אנסה לתת הסבר אינטואיטיבי לתשובה.

אבל לפני כן קצת שעשועים. בסקר שערכתי בטוויטר השתתפו 46 צייצנים. הדיעות התחלקו פחות או יותר שווה בשווה בין ארבע התשובות האפשריות שהוצעו:

לפני שנדון בתשובות קצת היסטוריה, על קצה המזלג. משחקי הימורים היו נפוצים כבר בזמנים קדומים, ויש תיעוד שלהם בכל התרבויות העתיקות. מחקרים אודות הימורים ומשחקי מזל שערכו מלומדים כקרדנו במאה ה-16, כריסטיאן הויגנס במאה ה-17, ואברהם דה-מואבר ויעקב ברנולי במאה ה-18, ואחרים, הניחו את היסודות לתורת ההסתברות. למעשה, הפתרון שאציג מייד נובע מעבודה של דה-מואבר משנת 1711.

ועוד אנקדוטה (אולי משעשעת): בראשית ימיה, עמדה חברת FedEx בפני משבר. היה עליה לשלם חוב של 24,000 דולר, כשבקופתה היו 5000 דולר בלבד. יו"ר החברה ומייסדה, נטל את הכסף שבקופה, טס ללאס וגאס, הימר בשולחן הבלאק ג'ק וזכה ב-27,000 דולר. כך ניצלה החברה, והשאר, כמו שאומרים, היסטוריה. תודה לשי אלקין שהסב את תשומת ליבי לסיפור.

למתעניינים בהיסטוריה של חקר ההימורים והנחת יסודות תורת ההסתברות, אמליץ לקרוא את הספר נגד האלים מאת פיטר ברנשטיין, או את הספר הקלאסי
Games, Gods and Gambling מאת פלורנס נייטיגייל דייויד (( שאין לבלבל בינה ובין פלורנס נייטינגייל )) .

ועכשיו לתשובות.

תשובה אפשרית אחת היא שלא משנה מה עושים כי ממילא נפסיד הכל. זה נכון. ההימור נוטה לטובת הקזינו. ההסתברות לזכיה ברולטה בהימור על אדום (או על שחור) היא 18/38, בערך 47%. מי שיהמר לאורך זמן יצבור אט אט הפסדים, ומי שימשיך להמר עוד ועוד יפסיד בסופו של דבר את כל כספו.  את זה הוכיח כריסטיאן הויגנס. מי שענה את התשובה הזו בסקר צדק.

אבל חדי העין ישימו לב כי השאלה כפי שנוסחה כאן שונה מעט מהניסוח בטוויטר, גם בגלל מגבלת התוים בטוויטר ואולי גם בגלל חוסר דיוק מצידי. בואו נדון באסטרטגיה שתביא למקסימום את ההסתברות לצאת מהקזינו עם 100 דולר, כאשר מגיעים אליו עם 50 אלף דולר. כאן בגדול יש שתי אפשרויות. אפשרות אחת היא להמר מייד על כל הסכום, בתקוה שתזכה בהימור אדום-שחור וכספך יוכפל. ההסתברות לכך היא, כאמור, בערך 47%.

מה קורה אם מהמרים כל פעם על חלק מהסכום? בואו ניקח לדוגמא את האסטרטגיה הבאה: להמר על 25 אלף דולר, לקוות לזכות ועל ידי כך להגדיל את הונך ל-75 אלף דולר, ואחר כך להמר שוב על 25 אלף דולר, כאשר זכיה תביא אותך אל הסכום הנכסף של 100 אלף דולר. במקרה הטוב ביותר תגיע למטרה על ידי שתי זכיות רצופות של 25 אלף דולר כל אחת. ההסתברות לכך היא 0.47 כפול 0.47 ((בהנחה הסבירה לגמרי שאין תלות בין ההימורים )) , כלומר בערך 22.4%.

יש כמובן אפשרות שתפסיד בהימור הראשון את 25 אלפי הדולרים עליהם הימרת. עכשיו יהיה עליך להכפיל את הונך פי 4, וזה ידרוש שוב לפחות שתי זכיות רצופות ((להמר על 25, לזכות, ואז להמר על 50 ושוב לזכות )) , וההסתברות לכך היא שוב כ-22.4%.

אם מהמרים על סכומים קטנים יותר, יש צורך ביותר זכיות, וההסתברות להגיע ל-100 אלף דולר צונחת בהתאם.

זו האינטואיציה שעומדת מאחורי הקביעה כי האסטרטגיה האופטימלית היא להמר מייד על כל הסכום בתקווה להכפילו. ברנולי ודה-מואבר הבינו זאת כבר בראשית המאה ה-18. הוכחות מתמטיות מלאות לטענות קרובות הופיעו בתחילת המאה ה-20.

רק רגע, יש עוד אפשרות: לעשות משהו אחר. אפשר להמר בשיטת ההכפלות, הידועה גם בשם  שיטת המרטינגייל.

הנה הרעיון: אתה מתחיל בהימור אדום שחור על דולר. אם זכית – קיבלת את הדולר שלך בחזרה ועוד דולר אחד כרווח. אם הפסדת, לא נורא. המר כעת על שני דולר. אם זכית, אתה מקבל את שני הדולרים שלך בחזרה, ועוד שני דולרים כרווח, בסך בכל ארבעה דולרים. אבל הימרת רק על שלושה דולרים! מכאן שהרווחת דולר.

ומה קורה אם הפסדת גם בהימור השני? אין בעיה. הכפל את סכום ההימור והמר כעת על ארבעה דולר. אם זכית, תקבל שמונה דולר, אבל הימרת רק על שבעה דולר (1+2+4). הרווחת דולר.

ומה אם הפסדת בהימור על ארבעת הדולרים? אין בעיה. הכפל את סכום ההימור ל-8 דולר. אם תזכה תקבל בחזרה 16 דולר, כשהימרת רק על 15 דולר – כלומר שוב הרווחת דולר.

ומה יקרה אם הפסדת בהימור על שמונת הדולרים? אולי עדיין אין בעיה, אבל בקרוב תהיה לך בעיה.

קודם כל נתייחס לבעיה הספציפית שלנו – להגיע מ-50 אלף דולר ל-100 אלף דולר. בשיטה הזו זה ייקח קצת זמן, ותצטרך לזכות בהרבה הימורים בדרך.

כמובן, אם עומד לרשותך סכום כסף בלתי מוגבל, השיטה הזו תוביל אותך לזכיה בהסתברות 1. אבל, הסכום שעומר לרשותך (( ולרשות כל אחד, בעצם )) מוגבל, וייתכן מאוד שתגיע למצב בו אין בידיך מספיק כסף כדי להכפיל את ההימור. למעשה, אפשר להוכיח כי אם תהמר בשיטה זו לאורך זמן, תגיע למצב בו אין בידיך די כסף כדי להכפיל את ההימור בהסתברות 1.

שלישית, ברוב בתי הקזינו יש הגבלה על גובה ההימור. שיטת ההכפלות תביא אותך בסופו של דבר אל המחסום הזה ואז לא תוכל למשיך ולהכפיל את ההימור גם אם יש בכיסך את הסכום הדרוש.

באופן אישי, אם היה לי קזינו, לא הייתי מתנגד לכך שיהמרו נגדי בשיטת ההכפלה. אדרבא. אמנם מדי פעם אפסיד דולר, אך ההפסד הזה יכוסה על ידי ההפסדים של כל המכפילים שיגיעו לגבול ההימור שלהם, והפסדים אלה יהיו יותר נפוצים ויותר גדולים מדולר אחד.

אז אם אתם רוצים להמר בשביל הכיף – סבבה. אם אתם רוצים להרוויח כסף מהימורים, כדאי שיהיה לכם קזינו. והכי חשוב, אל תסתבכו עם השוק האפור.

השבוע שוב פרסמתי בטוויטר חידה הסתברותית: לבנאדם יש המון מטריות, חלקן בבית וחלק במשרד. אם יורד גשם הוא לוקח איתו מטריה מהמלאי. אם לא, הוא הולך לדרכו בלי לקחת מטריה. האם הוא יירטב? מספר המשיבים היה קטן יחסית, אבל רובם ידעו את התשובה הנכונה: בסופו של דבר הוא יירטב.

פתרון החידה מתבסס על מודל הסתברותי הנקרא שרשרת מרקוב. בויקיפדיה יש הסבר פורמלי טוב של המושג ההסתברותי. כאן, כהרגלי, אנסה להסביר את המושג באופן יותר אינטואיטיבי. לאחר ההסבר הבסיסי אסביר מדוע שרשרת מרקוב היא מודל טוב עבור החידה, ואראה כיצד מגיעים לפתרון.

שרשרת מרקוב היא תהליך מקרי. לשרשרת יש מספר מצבים (שיכול להיות סופי או אינסופי), ובכל צעד בשרשרת, נמצאים באחד המצבים האפשריים, ובצעד הבא עוברים ממצב זה למצב אחר, או נשארים במקום. המעבר נקבע באופן מקרי על סמך הסתברויות קבועות.

לדוגמא, נניח שיש לנו שרשרת מרקוב שבה יש שלושה מצבים אפשריים. נסמן אותם בספרות 0, 1, ו-2. השרשרת יכולה להראות כך: 0, 2, 1, 0, 0, 2, 1, 2, … וכן הלאה. פירוש הדבר הוא שהתחלנו במצב 0, משם עברנו למצב 2, משם עברנו למצב 1, וכן הלאה.

התכונה החשובה של המודל ההסתברותי הזה היא שלא משנה באיזה מצב נמצאים, המעבר למצב הבא לא תלוי בהיסטוריה של השרשרת, אלא רק במצב הנוכחי. אם השרשרת נמצאת במצב 2, למשל, ההסתברות שהיא תעבור למצב 1 היא אותה הסתברות גם במקרה שהשרשרת הגיע למצב הנוכחי ממצב 0 וגם במקרה שהיא הגיע למצב הנוכחי ממצב 1 או 2. כלל המעבר הוא אותו כלל.

כלל מעבר אפשרי כאשר נמצאים במצב 0, הוא שעוברים ממנו למצב 1 בהסתברות 1/2, עוברים למצב 2 בהסתברות 1/3, או שנשארים במצב 0 בהסתברות 1/6. ((ודאו ששלושת ההסתברויות שציינתי מסתכמות ל-1!)). באופן דומה יש לנו כללי מעבר דומים כאשר נמצאים במצב 1 או במצב 2.

עכשיו נראה איך המושג של שרשרת מרקוב עוזר לנו לפתור את בעיית המטריות.

בואו נסתכל תחילה על מקרה פרטי, בו לאיש שלנו יש רק מטריה אחת. נגדיר את המצבים של השרשרת להיות מספר המטריות שעומדות לרשות האיש. זה פשוט: או שיש לו מטריה במקום שבו הוא נמצא, או שאין לו. לכן המצבים האפשריים יהיו 0 ו-1.

איך הוא עובר ממצב למצב? זה תלוי בהסתברות שירד גשם. ההסתברות הזו לא נתונה לנו, ולכן אניח כי ההסתברות שירד גשם במקום בו הוא נמצא ועומד לצאת לדרכו היא קבועה ושווה ל-P כאשר P הוא מספר כלשהו בין 0 ל-1 (לא כולל את 0 ו-1). בכך הגדרנו מודל המתאר את תנאי החידה. ((אני סבור שגם כאשר P משתנה ואינו קבוע כל הזמן אפשר להגדיר שרשרת מרקוב מתאימה, עם מספר אינסופי של מצבים, ולהגיע לאותה תשובה, אך לא אכנס לזה כאן, או בכלל))

אם האיש שלנו נמצא במצב 1, כלומר יש לו מטריה בהישג יד, ויורד גשם, הוא ייקח עימו את המטריה למחוז חפצו, ושם שוב תעמוד המטריה לרשותו, כלומר הוא יישאר במצב 1. זה קורה בהסתברות P. אם לעומת זאת יש לו מטריה ולא יורד גשם, הוא הולך לדרכו בלי המטריה, ואז, במחוז חפצו, לא תעמוד לרשותו המטריה, כלומר הוא עובר ממצב 1 למצב 0 בהסתברות 1-P.

לעומת זאת, אם הוא נמצא במצב 0, אז הוא יעבור למצב 1 בהסתברות 1, כי לא משנה אם יורד גשם או לא יורד גשם, אין לו ברירה אלא לצאת לדרכו בלי מטריה, והמטריה תחכה לו במחוז חפצו.

כמובן, אם הוא נמצא במצב 0 ויורד גשם, אז הוא יירטב.

כעת אטען כי אם נסתכל על כל הפעמים שהוא נמצא במצב 1, בסופו של דבר הוא יעבור בודאות למצב 0. תחשבו על קוביה. אם תטילו אותה פעם אחת, ההסתברות שהיא תראה 6 היא 1/6. אבל ככל שתטילו אותה יותר ויותר פעמים גדל הסיכוי ש-6 יופיע בסופו של דבר. יתרה מזאת, אם נמשיך להטיל את הקוביה עוד ועוד, המספר 6 יופיע עוד ועוד פעמים. אם נטיל את הקוביה אינסוף פעמים, המספר 6 יופיע אינסוף פעמים, וזאת בהסתברות של 100%. ((אפשר להוכיח זאת באופן מתמטי )).

באופן דומה אפשר להוכיח כי אם נסתכל על כל הפעמים שהוא נמצא במצב 0, ואם השרשרת תרוץ עד איסוף הוא יהיה במצב 0 איסוף פעמים, בסופו של דבר ירד שם גשם, ולכן הוא יירטב.

מה קורה אם יש לו יותר ממטריה אחת?

כעת המצבים הם 0, 1 , ו-2.

אם יש לו מטריה אחת (מצב 1), הוא יעבור למצב 2, בו יש לו שתי מטריות, בהסתברות P (יורד גשם, והוא לוקח איתו את המטריה למקום שיש בו כבר מטריה אחת) או שיישאר במצב 1 (לא יורד גשם, ולכן הוא הולך בלי מטריה למקום ששיש בו מטריה אחת).

אם יש לו 2 מטריות הוא נמצא במצב 2, ויכול לעבור משם למצב 0 (כאשר לא יורד גשם, ולכן הוא הולך למקום בו אין לא אף מטריה) או לעבור למצב 1 (יורד גשם, הוא לוקח עימו מטריה למקום בו אין מטריות, ולכן תעמוד שם לרשותו מטריה 1.

אם הוא במצב 0 ויורד גשם הוא יירטב.

אם השרשרת תרוץ מספיק זמן היא תגיע בסופו של דבר למצב 0, ובסופו של דבר ירד גשם כאשר הוא במצב 0, אז הוא יירטב.

ומה אם יש לו המון מטריות? 4, או 50 או 1000? זזה לא משנה. הטיעון עדיין עובד. בסופו של דבר הוא יגיע למצב 0 כאשר יורד גשם, כלומר בסופו של דבר הוא יירטב.

מסקנה: תמיד תקחו אתכם את המטריה.

הקדמה

ברשימה הקודמת סקרתי את מגוון הטיעונים בעד הצבעה בבחירות, מעשה שעל פניו נראה "בלתי רציונלי", בהתחשב בעובדה שהסיכוי שקול בודד ישפיע על תוצאת הבחירות נמוך למדי. כמה נמוך? על פי דאגלס ואנדרוורקן, הסיכוי כי קול בודד במדינת מפתח כצפון-קרוליינה יכריע את גורל הבחירות לנשיאות ארצות הברית הוא כ-1 ל-10 מליון. לעומת זאת, הסיכוי כי קול בודד יכריע את תוצאת הבחירות למועצת עיר קטנה בקנטאקי הוא כ-1 ל-90, סיכוי גבוה למדי בעיני מספר אנשים.

הפתרון המקובל כיום הוא שהתועלת מההצבעה נובעת לא רק מהתועלת האישית המתבטאת בסיכוי כי קולו של המצביע ישנה את תוצאת הבחירות, אלא גם מהתועלת לכלל הנובעת מההצבעה. התועלת לכלל הרבה יותר גבוהה מהתועלת לפרט, כי על הכף מונחים הרבה יותר גורלות והרבה יותר כספים (תחשבו על מספר ההרוגים במלחמה אפשרית עם אירן לעומת האפשרות שאתן תהרגו, או על הוצאה ממשלתית לטובת תקציבים חברתיים של 138 מיליארד שקלים בחמש שנים לעומת העלות/רווח האישי שלכם עקב תוצאת הבחירות שלא תעלה ככל הנראה מעל סך של כמה עשרות או מאות אלפי שקלים).

יש הבדל גדול בין שיטת הבחירות בישראל לעומת ארה"ב: כפי שציין אביתר בתגובתו לרשימה הקודמת, ההשפעה של הצבעה (או המנעות מהצבעה) אינה מתבטאת בקביעת המנצח או המפסיד, אלא בקביעה כמה חברי כנסת יהיו לכל מפלגה. לכן בניתוח שמוכוון לבחירות בישראל, השאלה צריכה להיות: אם אצביע למפלגה  מסויימת, מה הסיכוי שהיא תקבל  מנדט נוסף שלא הייתה מקבלת לו לא הצבעתי בבחירות?

הבדל משמעותי נוסף בין ישראל וארצות הברית – מספר המצביעים בישראל נמוך בהרבה מאשר בארה"ב. מכיוון שמושב בכנסת שווה כ-20 עד 30 אלף קולות (לאחר מעבר אחוז החסימה), וראינו כי בבחירות רוב הסיכוי של קול בודד להשפיע הולך וקטן עם עליית מספר המצביעים, סביר להניח כי כאשר כמה אלפי קולות עשויים להטות את הכף, הסיכוי של קול בודד להשפיע גדול יותר.

מתי קול בודד יכול להשפיע על תוצאת הבחירות בישראל?

הנה מספר מצבים אפשריים בהם קול בודד עשוי להשפיע על תוצאת הבחירות. בכולם אניח כי את, הבוחרת, מתלבטת האם להצביע עבור מפלגה א, ואינך שוקלת להצביע למפלגה אחרת;  האלטרנטיבה שלך היא להצביע בפתק לבן (קול לא כשר) או לא להצביע כלל. הנה תיאור של מספר מצבים בהם קולך עשוי להשפיע על תוצאות הבחירות:

א. מפלגה א מתנדנדת באזור אחוז החסימה. הקול שלך יכול להשפיע אם ללא קולך המפלגה לא תעבור את אחוז החסימה, ובעזרתו היא תעבור אותו. במקרה שתעבור, תזכה בשני מנדטים בכנסת במקום באפס.

ב. מפלגה א תעבור בוודאות את אחוז החסימה. המפלגה לא חתמה על הסכם עודפים עם מפלגה אחרת (או שחתמה על הסכם עודפים עם מפלגה אחרת שלא עוברת את אחוז החסימה). הקול שלך יכול להשפיע אם ללא קולך המפלגה לא תקבל מנדט נוסף בשלב השני של חלוקת המנדטים (כמפורט בחוק בדר-עופר), ובעזרתו היא תקבל אותו.

ג. מפלגה א קשורה בהסכם עודפים עם מפלגה ב. ברור כי שתי המפלגות יעברו את אחוז החסימה. הקול שלך יכול להשפיע אם:

1. ללא הקול שלך שתי המפלגות (א ו-ב) לא יזכו במנדט נוסף בשלב השני של חלוקת המנדטים, ויחד איתו זכו במנדט נוסף שמוענק למפלגה א.

2. ללא הקול שלך שתי המפלגות (א ו-ב) לא יזכו במנדט נוסף בשלב השני של חלוקת המנדטים, ויחד איתו זכו במנדט נוסף שמוענק למפלגה ב.

3. שתי המפלגות זוכות במנדט נוסף בשלב השני של חלוקת המנדטים גם ללא קולך, אך הצבעתך למפלגה א העניקה לה את המנדט הנוסף בשלב השלישי של חלוקת המנדטים, ולו לא הצבעת לה, המנדט הנוסף היה מוענק למפלגה ב.

4. שתי המפלגות זוכות במנדט נוסף בשלב השני של חלוקת המנדטים גם ללא קולך, אך הצבעתך למפלגה א יוצרת תיקו בין שתי המפלגות, ומפלגה א זוכה במנדט הנוסף בהגרלה; לו לא הצבעת למפלגה א, המנדט הנוסף היה מוענק למפלגה ב.

יכולות להיות עוד אפשרויות, אבל אני מסתפק בדוגמאות אלה.

איך מחשבים את ההסתברות כי קולך ישפיע?

קטע זה הוא טכני וניתן לדלג עליו ולעבור היישר אל חלק התוצאות.

הדרך הקלה והמהירה היא לבצע סימולציה של ההצבעה. מגרילים בעזרת המחשב תוצאה אפשרית של הבחירות ומחשבים את חלוקת המנדטים. לאחר מכן, מוסיפים קול נוסף לאחת המפלגות, ומחשבים מחדש את חלוקת המנדטים. אין הבדל בין שתי החלוקות? הקול לא השפיע. יש הבדל? הקול השפיע? חוזרים על התרגיל הזה הרבה מאוד פעמים, ומחשבים את הפרופורציה של מספר הפעמים הבן הקול הנוסף שינה את חלוקת המנדטים. פרופורציה זו היא אמדן להסתברות כי הקול הנוסף השפיע על תוצאת הבחירות.

כמובן שיש צורך להניח מספר הנחות:

• אחוז ההצבעה: אני מניח כי אחוז ההצבעה בבחירות יהיה הין 60 ל-70 אחוזים, ובוחר את האחוז באופן מקרי ואחיד בתחום זה. מספר המצביעים יחושב על פי האחוז המוגרל מתוך מספר בעלי זכות הבחירה, שהוא 5656705.
• לפי נתונים מבחירות קודמות, אני מניח כי 1.5% הקולות יפסלו מסיבות שונות, ועוד 3% משאר הקולות יינתנו למפלגות שלא עברו את אחוז החסימה. לכן מספר הקולות הכשרים (ממנו מחושב אחוז החסימה) יחושב כ-98.5% ממספר המצביעים,  ומספר הקולות של המפלגות שעברו את אחוז החסימה (לפיו נקבע המודד למנדט) יחושב כ-95.5% ממספר המצביעים.
• הסכמי עודפים: . למיטב ידיעתי, הסכמי העודפים שנחתמו כוללים את: הליכוד ביתנו והבית היהודי, העבודה ויש עתיד, התנועה ומרץ, עם שלם וקדימה (באתר ועדת הבחירות אין שום מידע על כך נכון למועד כתיבת שורות אלה). בבחירות הקודמות נחתמו גם הסכמי עודפים בין שס ויהדות התורה, ובין חד"ש ורע"מ-תע"ל, ואני מניח כי גם בבחירות אלה הסכמים אלה ייחתמו.

לאחר שקבעתי את מספר הקולות למפלגות שעברו את אחוז החסימה, אני מחלק אותם בין המפלגות האלה בעזרת סימולציה של התפלגות מולטינומית. את המפלגות שעברו את אחוז החסימה בחרתי לפי תחזית המנדטים הצפויים לכל מפלגה על פי תחזית אתר בטל בשישים (שאיני יכול להוות דעה על איכותה, אבל בכל זאת צריך להסתמך על משהו) כפי שפורסמה ביום 4.1.2013 בשעה 14.00:

 

את ההסתברויות להתפלגות מולטינומית קבעתי על ידי חלוקת מספר המנדטים שבתחזית ב-120.

לכל חלוקת מנדטים ערכתי 11 חישובי השפעה, כאשר בכל פעם הוספתי קול אחד למפלגה אחרת.

הסימולציה הורצה 2000000 פעמים.

הנה תוצאה אחת לדוגמה מתוך 2000000 ההרצות:

אחוז ההצבעה הוגרל להיות 61.4% ולכן מספר המצביעים נקבע להיות 3470406, ומספר הקולות שניתנו ל-11 המפלגות שעברו את אחוז החסימה הוא 3314238. האופן בו התחלקו 3.3 מליון קולות אלה בין המפלגות מופיע בעמודה השניה בטבלה וחלוקת המנדטים לפי קולות אלה בעמודה השלישית. בעמודה הרביעית הוספתי עוד קול אחד לליכוד ביתנו, וחלוקת המנדטים לאחר הוספת קול זה מופיעה בעמודה האחרונה. בזכות קול אחד, הליכוד ביתנו זכו במנדט נוסף על חשבון הבית היהודי.

 

החישוב שונה במקצת לצורך חישוב ההסתברות כי קול הניתן למפלגה המתנדנדת על סף אחוז החסימה ישפיע על חלוקת המנדטים. לאחר חישוב מספר המצביעים, אני מגריל משתנה מקרי בינומי עם N שווה למספר המצביעים ו-p שווה למספר ערכים, בין 1.5 ל-2.5 אחוז. P מבטא את ההסתברות כי מצביע כלשהו יבחר במפלגה זו. כמו כן, אני מחשב את אחוז החסימה עצמו על ידי חלוקת מספר המצביעים ב-50 ועיגול כפי מטה. אם מספר המצביעים למפלגה א שווה בדיוק לאחוז החסימה, אז הקול הנוסף של המצביעה המתלבטת ישפיע ובזכותו תעבור המפלגה את אחוז החסימה.

התוצאות

א. ההסתברות כי קול למפלגה על סף אחוז החסימה (כלומר ההסתברות כי מצביע כלשהו יבחר במפלגה זו היא בדיוק 2%) יכריע ויעביר את המפלגה אל מעל אחוז החסימה הוא 0.00147 או כ-1 ל-685. מתברר כי תוצאה זו רגישה ביותר להסתברות כי מצביע כלשהו יבחר במפלגה זו. אם ההסתברות היא 1.99% במקום 2%, אז ההסתברות כי קול נוסף ישפיע עולה ל-1 ל-1685, ואם במפלגה תומכים 1.98% מהבוחרים,  אז ההסתברות כי קול נוסף ישפיע תהיה קרובה ל-1 ל-23000.

במלים אחרות, אם את מתכוונת להצביע למפלגה המתנדנדת על סף אחוז החסימה, ההסתברות כי קולך ישפיע על התוצאה הסופית של הבחירות נמוכה למדי ברוב המקרים.

ב. התוצאות מפורטות בטבלה

 

סיכום

הטענה כי "אין טעם להצביע כיוון שממילא קול אחד לא ישנה דבר" אינה נכונה בדרך כלל. במדינת ישראל, השילוב של המספר הקטן מאוד של קולות (כ-30 אלף או פחות מכך) המזכים במנדט בכנסת עם שיטת הבחירות (בחירות ארציות יחסיות עם חלוקת מנדטים לפי חוק בדר-עופר), יוצרת הסתברויות גבוהות מאוד לכך שקול בודד ישנה את חלוקת המנדטים – בין 1 ל-350 ל-1 ל-700, כל זאת כאשר המפלגה עבורה מצביעים עוברת את אחוז החסימה וקשורה בהסכם עודפים עם מפלגה אחרת שעוברת אף היא את אחוז החסימה.

עדכון – מרץ 2019

מאז שנכתבה הרשימה הזו חלו מספר שינויים: אחוז החסימה עלה בצורה משמעותית, וגם מספר בעלי זכות הבחירה עלה, ויחד איתו עלה בכ-10% גם המודד – מספר הקולות הדרושים כדי לקבל מושב אחד בכנסת. לכן, אני מעריך שבבחירות הקרובות הסיכוי שקול בודד ישנה את מפת המנדטים נמוך בצורה משמעותית ממה שהיה לפני כ-6 שנים. אולם, הסיכוי עדיין חיובי.

אני רוצה להבהיר כי אין לפרש את הדברים האלה כהמלצה לא להצביע, או כנימוק/תירוץ לאי הצבעה כי "ממילא הקול לא ישפיע". הקולות הבודדים מצטברים, ויש להם אפקט. כפי שצויין בתגובות לפוסט הזה וגם בפוסט ההמשך, ההחלטה האם להצביע לא אמורה להתבסס על ההסתברות שהקול הבודד ישנה משהו, אלא גם על גורמים נוספים. לשאלה האם להצביע יש אספקטים פילוסופיים ותועלתניים כאחד, ואם מוזמנים לקרוא את מגוון הדיעות בנושא. ההמלצה שלי היא להצביע, וכן אני ממליץ לכל אחד להצביע למפלגה שעמדתה היא הקרובה ביותר לדיעותיו, מבלי להתחשב בשיקולי הצבעה אסטרטגית למיניהם.

תקציר הפרקים הקודמים: ארגון אמון הציבור מגלה טעות בסיכויי הזכיה שפורסמו באתר מפעל הפיס. מפעל הפיס מתקן את הטעות. אחד המהמרים, שהוא גם ד"ר למתמטיקה, תובע את מפעל הפיס בסכום של 3.2 מליון שקלים + 5 מליון שקלים כפיצוי על עגמת הנפש.

ובכן, לאחר שאומתו סיכויי הזכיה במשחק פיס 123 המפורסמים כעת באתר מפעל הפיס, ניתן לגשת לחישוב תוחלת הזכיה והערכת סיכויי התביעה הייצוגית.

כאשר ידועים סיכויי הזכיה וגובה הפרסים וההפסדים, החישוב הוא פשוט: מכפילים כל זכיה/הפסד בהסתברות שלה, ומסכמים.

למשל, הסיכוי לזכות בפרס הראשון במשחק המשולב הוא 1 ל-1000, או 0.001. מי שמהמר על שקל יקבל כפרס 100 שקלים, ולכן סך הרווח שלו הוא 99 שקלים. מכפילים 99 ב-0.001 ומקבלים 0.099. כל עושים לגבי שאר הפרסים, כמפורט בטבלה, ולבסוף יש לסכם את כל המכפלות.(נתוני יחס הזכיה ומכפיל הזכיה לפרסים 1 עד 4 שבטבלה נלקחו מאתר מפעל הפיס):

פרס	יחס זכיה	הסתברות זכיה	מכפיל פרס	רווח/הפסד	מחובר לתוחלת
ראשון	1:1000	0.00100	100	99	0.0990
שני	1:241.5	0.00414	25	24	0.0994
שלישי	1:37	0.02703	5	4	0.1081
רביעי	1:4.11	0.24331	1	0	0.0000
אין זכיה	1.38	0.72452	0	1-	0.7245-
סך הכל					0.4180-

השורה התחתומה אומרת כי על כל שקל הימור, מפעל הפיס מרוויח (והמהמרים מפסידים) 41.8 אגורות, ובמלים אחרות, מפעל הפיס לוקח לקופתו 41.8% מכספי ההימורים ומחלק למהמרים 58.2% מהכספים כפרסים. אל תסמכו עלי. אנא בדקו את חישוביי.

לאחר שצלחנו את החלק הטכני המשעמם הזה, הבה נעבור לניתוח סיכויי הזכיה של הד"ר למתמטיקה בתביעה הייצוגית שלו.

התובעים, כך פורסם, הציגו שתי טענות:

הטענה הראשונה היא כי מפעל הפיס הציג באתר האינטרנט שלה שסיכויי הזכיה בפרס השני הם 1:200, אולם לפי חישוביהם, הסיכוי לזכות בפרס השני הוא למעשה 1:500. את הטענה הזו אפשר לבדוק. אני חושב שכולם כבר מסכימים על כך שסיכויי הזכיה בפרס השני הם לא 1 ל-200 וגם לא 1 ל-500, אלא 1 ל-240 (בערך).

הטענה השניה היא כי לפי מפעל הפיס, תוחלת ההגרלה 123 משולב אמורה להיות בשיעור של 60.34%, כלומר 60.34% מכספי ההימור מחולקים כפרסים, אולם בפועל, כך נטען בתביעה, תוחלת ההגרלה הינה בשיעור של 58.2% בלבד (כפי שהראה החישוב שערכתי למעלה).

קודם כל, לא ברור לי איך חישוב הסתברות שגוי הוביל לחישוב תוחלת נכון. ייתכן כי חישוב ההסתברות היה נכון (בכל זאת ד"ר למתמטיקה) אולם לכתב התביעה, או להודעה לעיתונות, או לכתבה השתרבב מספר שגוי.

התובעים הנכבדים צריכים, אני מניח, להוכיח כי הפרסום השגוי נעשה בזדון ומתוך כוונה להטעות את המשקיעים המהמרים התמימים. האם יצליחו התובעים להוכיח זאת? איני יודע.

אבל הטיעון העיקרי שלי, ואני מקווה שגם של ההגנה, הוא: אז מה? ונניח שפורסם מספר שגוי, והתוחלת אכן נמוכה ממה שפורסם. האם בפועל הייתה התוחלת שונה? כללי המשחק היו נתונים, ובהנתן הכללים נקבעת התוחלת. הנזק היחיד שעלול להגרם בפועל הוא הנזק למהמר שנכנס לאתר ואמר לעצמו: "וואו, תוחלת של 60.3%! אני הולך על זה! זו לא סתם הגרלה מעפנה שנותנת רק 58.2%!". כמה מהמרים כאלה היו? על כמה כסף הם הימרו? אחרי שנדע את הנתון הזה, נוכל להעריך את הזנק שנגרם להם: 2.1% מסך הסכום שעליו הם הימרו. ההימור שלי הוא כי סך הסכום הזה הוא אפס, או כמעט אפס.

אז מה סיכויי הזכיה? לא רעים בכלל. השופטים, אנשים טובים ומקצועיים אמנם, אבל רובם לא מבין בסטטיסטיקה, פשוט כי ההכשרה שניתנת לתלמידי הפקולטה למשפטים בתחום הזה מזערית. לשקר בעזרת סטטיסטיקה אפשר גם אפשר, וייתכן מאוד שיימצא שופט שישתכנע מהטיעונים.

אני אמשיך לעקוב.

עוד לא נרגענו מההמולה סביב האירוע ה-"נדיר" בו התקבלו בהגרלת הלוטו אותם המספרים שהתקבלו באחת ההגרלות הקודמות, והנה הופיעה לה "שערוריה" חדשה סביב הגרלות מפעל הפיס. הפארסה הנוכחית הגיע לשלב בו מהמר המציג את עצמו כדוקטור למתמטיקה הגיש תביעה יייצוגית נגד מפעל הפיס.

אבל בל נקדים מוקדם למאוחר. הנה השתלשלות העניינים, כפי שהצלחתי לעקוב אחריה בשבוע האחרון:

• ארגון הצרכנים העצמאי/פרטי "אמון הציבור" טען כי מפעל הפיס הציג מצג שווא מתמשך בפרסום שלו בעניין סיכויי הזכייה במשחק "3 2 1 משולב". לפי תלונת צרכן לארגון – סיכויי הזכייה בפרסי המשחק נמוכים מאלו המפורסמים באתר הפיס. (ידיעות על כך ראיתי בווינט ובדה-מרקר). כמו כן נטען כי תוחלת  הזכיה שפורסמה באתר נמוכה מתוחלת הזכיה בפועל.
• לפי הידיעות, הסטטיסטיקאי של מפעל הפיס (לא נמסר מי האיש) אישר כי חלה טעות בפרסום, ובשלב כלשהו מפעל הפיס תיקן את הפרסום באתר. לדעת ארגון אמון הציבור, משך הזמן שעבר עד תיקון הנתונים היה ארוך מדי.
• בינתיים, צרכן זריז, המעיד על עצמו כי הוא מהמר במשחק המדובר בסכום של מאות שקלים לחודש, הגיש תביעה ייצוגית נגד מפעל הפיס בסך של 3.2 מליון שקלים. התובע גם העיד על עצמו כי הוא דוקטור למתמטיקה (לא נמסר שמו של האיש).

התייחסתי לכל העניין בגיחוך מה. בטוויטר הזהרתי את אותו מהמר/מתמטיקאי/תובע כי שייזהר, האוניברסיטה עלולה לתבוע ממנו להחזיר את הדוקטורט.

בואו ננסה להבין מה קורה כאן.

מדובר בהימור המכונה "פיס 123". המפעל מגריל מספר בן 3 ספרות, החל מ-000 ועד 999. יש 1000 מספרים כאלה. המהמר מנסה לנחש את המספר.

ההימור הפשוט ביותר הוא מסוג "הכל או כלום". אם ניחשת בדיוק את המספר שהוגרל – זכית. יש כאמור 1000 מספרים אפשריים שעשויים לעלות בגורל, ולכן סיכוי הזכיה הוא 1 ל-1000. במקרה של זכיה, הזוכה מקבל סכום הגדול פי 600 מסכום ההימור (באתר מפעל הפיס מכונה סכום ההימור בביטוי הציני "סכום ההשקעה").

תוחלת הזכיה שלילית כמובן: בטווח הארוך המהמר מפסיד ומפעל הפיס מרוויח. אפשר להסביר זאת באופן הבא: מהמר "מתוחכם", יהמר סכום של שקל אחד כל אחת מ-1000 התוצאות האפשריות (ב"השקעה" של 1000 שקלים), יפסיד את כספו ב-999 מהימוריו, ובהימור ה-1000 יקבל 600 שקלים. בסופו של יום, אותו מהמר הפסיד בסך הכל 400 שקלים.

כאמור, המהומה התקשורתית והמשפטית מתחוללת סביב משחק מעט יותר מסובך. ב"משחק המשולב", ניתן, בין היתר,  לזכות בפרס גם אם המספר עליו מהמרים אינו זהה למספר שעלה בגורל, בתנאי שההימור היה על אותן הספרות של המספר שעלה בגורל, בסדר שונה. לדוגמא, מי שיהמר על המספר 123 יוכל לזכות בפרס גם אם עלה בגורל המספר 321 או 213, וכולי. מי שהימר על 747 יזכה גם אם יעלו בגורל 477 או 774, אבל מי שיהמר על 666 יזכה רק אם יעלה בגורל המספר 666. מה הסיכוי לזכות בהימור כזה? באתר מפעל הפיס כתוב (נכון להיום) כי הסיכוי הוא 1 ל-241.5. איך מחשבים את הסיכוי?

אפשר להתחיל לחשב (עמית גל  עשה את זה בבלוג שלו). אני בחרתי בגישה אחרת, גישת מונטה קרלו, שאדגים כאן מייד. זאת לבקשת הקורא עמית (האם זהו עמית גל?) באחת התגובות לרשימה על פריז ובעיית המחט של בופון.

כל אחד יכול לעשות את זה בבית. צריך פשוט לשחק את המשחק מספר רב של פעמים. אפשר לקחת קוביה מיוחדת עם 10 צדדים (לשחקני מבוכים ודרקונים יש קוביות כאלה), או לשים בתוך כובע 10 כפתורים זהים, שעל כל אחד מהם רשומה אחת הספרות 0 עד 9. מטילים את הקוביה (או מוציאים כפתור מהכובע ומחזירים אותו) 3 פעמים – זוהי הדמיה של הגרלת המספר של מפעל הפיס. אח"כ בוחרים באותו אופן את המספר עליו מהמרים. כעת אפשר לבדוק אם "זכינו". חוזרים על התהליך מספר רב של פעמים, ובודקים באיזה אחוז מהפעמים אכן זכינו. חוק המספרים הגדולים מבטיח כי אחוז הזכיות בניסוי שלנו יהיה קרוב מאוד להסתברות האמיתית. משפט הגבול המרכזי מבטיח כי ההפרש בין אחוז הזכיות בניסוי ובין ההסתברות האמיתית יהיה בסדר גודל של אחד חלקי שורש מספר הניסויים. למשל, אם רוצים דיוק של אחוז אחד, צריך לחזור על הניסוי 10000 פעם.

זה כמובן עלול להיות מאוד מייגע. ניתן כמובן, לכתוב תכנית מחשב שתבצע את התרגיל הזה. כתבתי אחת כזו (בשפת SAS, לחצו כאן לצפיה בקוד), וערכתי את הניסוי מליון פעם (למחשב המקרטע שלי לקח כמעט 10 שניות לבצע את כל החישובים). התוצאות בטבלה:

סוג המספר שנבחר על ידי מפעל הפיס	מספר התוצאות	מספר הזכיות	הסתברות הזכיה	יחס זכיה מקורב
3 ספרות זהות (למשל 666)	9902	6	0.000605938	1:1650
2 ספרות זהות (למשל 747)	269580	774	0.002871133	1:348
3 ספרות שונות (למשל 123)	720518	4314	0.0059873590	1:167
סך הכל	1000000	5094	0.0050940000	1:196

השורה התחתונה אומרת כי הסתברות לנחש את שלוש הספרות שנבחרו בסדר כלשהו היא 0.005094, שזה בערך 1 ל-196. החישוב של עמית גל הגיע לתוצאה של 1 ל-194.  בגדול, הפרסום המקורי של מפעל הפיס, לפיו סיכויי הזכיה הם 1 ל-200, היה נכון בקירוב. הפרסום הנוכחי מתאר סיכויי זכיה נמוכים יותר, ולדעתי הוא שגוי. עם זאת, גם עמית וגם אני לא לקחנו בחשבון כי מי שזוכה בפרס הראשון כבר לא זוכה בפרס השני (תודה לעמית על שהעיר את עיני על כך בתגובתו). המאורע "המהמר ניחש אתשלוש הספרות שנבחרו בסדר כלשהו" מכיל בתוכו את המאורע "המהמר ניחש את שלוש הספרות שנבחרו בסדר הנכון".  לכן, צריך להחסיר מההסתברות שקיבלנו, 0.005094, את ההסתברות לניחוש כל שלוש הספרות בסדר הנכון, 0.001, ולכן נקבל כי ההסתברות לזכיה בפרס השני, שהיא הסתברות המאורע "המהמר ניחש את שלוש הספרות שנבחרו, אך לא בסדר הנכון", היא 0.004094 בקירוב, כלומר בערך 1 ל-244, ערך קרוב למדי לערך המופיע באתר מפעל הפיס (1 ל-241.5).

מהי תוחלת הזכיה במשחק כזה? מי שיהמר על שקל, ירוויח 24 שקלים בהסתברות 0.005 בערך, ויפסיד שקל בהסתברות 0.995.  זה נותן תוחלת הפסד של 0.875 שקלים. במלים אחרות – מפעל הפיס משאיר בידיו  87.5% מכספי ההימורים במשחק הזה. ובכן, בחישוב התוחלת יש לקחת בחשבון את כל הפרסים והסתברויות הזכיה בהם. על כך אכתוב בקרוב רשימה נוספת.

לפני כשנה העליתי כאן את החידה על הילדה ששמה יוספה:

במשפחת תפוחי שני ילדים. נתון לנו שאחד מהילדים האלו הוא (היא) בת, ושמה של אותה בת למשפחת תפוחי הוא יוספה. מהי ההסתברות כי גם הצאצא הנוסף של משפחת תפוחי היא בת?

הפתרון, למעוניינים, נמצא כאן.

מה שמעניין בכל הסיפור הזה הוא שהאינפורמציה בדבר שמה של הילדה הנחמדה הזו משנה את התשובה לשאלה שנשאלה, גם אם לכאורה הנתון לא נראה רלוונטי. אותה החידה, ללא הנתון על שמה של הילדה, הועלתה בבלוג של דוברמן (שאינו פעיל, למרבה הצער, תקופה ארוכה למדי), והפתרון שונה (בערכו המספרי, לא ממש בדרך הפתרון).

ומדוע אני נזכר בכל זה? היום ראיתי בבלוג של ויליאם בריגס גירסה אחרת לחידה הזו:

במשפחה יש שני ילדים, אחד מהם הוא בן, והוא נולד ביום שלישי. מה ההסתברות כי גם הילד השני במשפחה הוא בן?

התשובה, באופן לא מפתיע, שונה משתי התשובות לחידות שצוטטו כאן.

האמת: שום דבר מיוחד.

בידיעה שפורסמה ב-Ynet לפני כחודש נמסר כי "אותם מספרים בדיוק יצאו בשתי הגרלות לוטו ברציפות". מדובר בלוטו הבולגרי, שם המספרים 4, 15, 23, 24, 35 ו-42 הוגרלו ב-6 בספטמבר ולאחר מכן שוב, ב-10 לחודש. עוד נמסר בידיעה כי "המתמטיקאי מיכאיל קונסטנטינוב חישב ומצא כי הסיכוי לכך הוא 1 ל-4.2 מיליון". כן נמסר כי שר הספורט של בולגריה הורה לפתוח חקירה מיוחדת בנושא.

המממ.

האם באמת מדובר באירוע כל כך נדיר שמצדיק חקירה, ולא סתם חקירה אלא חקירה "מיוחדת"? האם הסיכוי ל"כך" הוא באמת אחד ל-4.2 מליון, כמו שחישב מר קונסטנטינוב?

התשובה הרבה יותר מסובכת, ועם זאת לא קשה להבנה. כמו תמיד: התשובה המדויקת תלויה בניסוח מדויק של השאלה, כלומר למה מתכוונים כשאומרים "כך". אביא תחילה את התשובות כפי שפורסמו באתר ChanceWiki (אתם מוזמנים לגלוש ולעיין בחישובים המפורטים):

• הסיכוי כי המספרים  4, 15, 23, 24, 35 ו-42 יעלו בגורל בשתי הגרלות בתאריכים נתונים (6 בספטמבר ו-10 בספטמבר) הוא בערך אחד ל-27000 מיליארד.
• הסיכוי כי בשתי הגרלות בתאריכים נתונים יעלו אותם 6 מספרים (אך לא בהכרח הצירוף הנ"ל) הוא בערך אחד ל-5.2 מיליון.
• הסיכוי כי במשך שנה שלמה, בה נערכות 104 הגרלות, יעלו אותם 6 מספרים בשתי הגרלות רצופות, הוא בערך אחד ל-51000.
• הסיכוי כי במשך רצף של 5400 הגרלות (הלוטו הבולגרי קיים יותר מחמישים שנה, וזה בערך מספר ההגרלות שנערכו בו) יעלו אותם 6 מספרים בשתי הגרלות רצופות הוא בערך אחד ל-970.
• הסיכוי כי באיזה הגרלת לוטו, באיזה מקום בעולם, באיזושהי נקודת זמן בתקופה של חמישים שנה בה נערכות הגרלות דו שבועיות, יעלו אותם 6 מספרים בשתי הגרלות רצופות וזאת בהנחה שיש בעולם כ-100 הגרלות לוטו כאלה, הוא בערך 10%.

אז מתברר שדי צפוי שמתישהו, איפהשהו, יעלו אותם מספרים בשתי הגרלות לוטו רצופות. אני מקווה שהחקירה המיוחדת של שר הספורט הבולגרי תעלה על זה.

הנה הסבר אינטואיטיבי למה שקרה באמת.

תחשבו על קוביה. הרי הגרלת הלוטו היא תהליך שבו בוחרים אפשרות אחת מתוך 5245786 אפשרויות (זה מספר הצירופים האפשריים של 6 מספרים מתוך 42, כלומר מספר הצירופים האפשריים בלוטו הבולגרי). במלים אחרות, הגרלת הלוטו שקולה להטלת קוביה עם 5245786 צדדים, ולכן הדיון העקרוני לא צריך להיות שונה מדיון בהטלה קוביה "רגילה" הדומה לקוביות שמתנוססות בראש העמוד הזה.

לקוביה רגילה יש 6 צדדים, ובהחנה שהקוביה "הוגנת", יש סיכוי שווה של שישית לכל אחת מהתוצאות האפשריות של הטלת הקוביה (התוצאות הן הספרות 1-6).

אם נטיל את הקוביה פעמיים, יש סיכוי של אחד ל-36 כי בשתי ההטלות נקבל 6, אבל הסיכוי כי נקבל בשתי ההטלות את אותו הספר, לאו דווקא 6, הוא הרבה יותר גדול, ושווה לאחד ל-6. זאת כי לתוצאה של שתי הטלות יש 36 תוצאות אפשריות, ורק אחת מהן היא 6-6, אבל 6 מתוך ה-36 הן "דאבל" (1-1, 2-2, וכן הלאה עד 6-6).

אם תטילו את הקוביה מספר פעמים, אז הסיכוי כי באיזהו שלב בסדרת ההטלות יופיע אותו מספר בשתי הטלות רצופות עולה, כי יש לכם יותר הזדמנויות לקבל שתי הטלות רצופות. אתם מוזמנים לנסות ולכתוב את כל 216 התוצאות האפשריות של סדרה של 3 הטלות קוביה, ולספור בכמה תוצאות מתקבלת אותה תוצאה פעמיים ברציפות (תוצאת ההטלה הראשונה שווה לשניה, או השניה שווה לשלישית). ככל שסדרת ההטלות תתארך, כל הסיכוי יגדל.

ואם לא רק אתם עושים את התרגיל הזה, אלא גם כמה חברים, הסיכוי כי מישהו יקבל מתישהו שתי הטלות קוביה רצופות עם אותה תוצאה שוב עולה.

מתברר כי אירועים שנתפסים בעיננו כנדירים אינם נדירים כלל ועיקר. אם אתם חולמים בלילה כח מחר ירד גשם, או שתזכו בלוטו, ולמחרת הדבר אכן קורה, מה הסיכוי לכך? הסיכוי כי אתה או את תחלמו הלילה כי תזכו בפרס הגדול בלוטו וכן תזכו בו בהגרלה הגדולה נמוך למדי. הסיכוי כי מישהו איפהשהו יחלום משהו והמשו הזה יתקיים סביר למדי.

הסיכוי כי אתם תיכנסו למסעדה בבנגקוק ותפגשו שם את איציק שעבד ביחד איתכם לפני כמה שנים ולא ראיתם אותו המון זמן הוא קטן מאוד (זה קרה לי, למעשה). הסיכוי שמישהו יכנס לאיזשהו מקום בעולם ויפגוש שם מישהו שלא ראה כבר המון זמן הוא גבוה מאוד. הסיכוי שאתם תזכו בפרס הגדול בלוטו פעמיים הוא קטן מאוד. הסיכוי שמישהו איפהשהו מתישהו יזכה בפרס הדגול בלוטו פעמיים הוא סביר, וגם זה קרה, יותר מפעם אחת. אני ממליץ לכם לקרוא את המאמר הזה שפורסם בניו-יורק טיימס כבר ב-1990. בכתבה זו מרואיינים מספר סטטיסטיקאים נודעים, ובהם פרסי דיאקוניס, ברדלי אפרון (מספר 8 ברשימת הסטטיסטיקאים הגדולים) ואריק להמן. דיאקוניס ופרדריק מוסטלר גם נתנו שם לתופעה הזו: חוק המספרים הגדולים מאוד.