Как не ошибаться. Сила математического мышления - Джордан Элленберг

0,6 × 0,6 × 0,6 × 0,6 × 0,6 = 7,76 %.

Теперь давайте увеличим количество клеток в матрице с трех до шести.

Столбцы этой матрицы по-прежнему соответствуют трем теориям: black, fair и red. Но теперь мы разбиваем каждый столбец на две клетки, одна из которых соответствует получению последовательности RRRRR, а другая – отсутствию этой последовательности. Мы уже выполнили все математические вычисления, необходимые для определения чисел, которые необходимо записать в клетках матрицы. Например, априорная вероятность того, что fair – это правильная теория, составляет 0,9. А 3,125 % от этой вероятности, 0,9 × 0,03125 (или около 0,0281), следует записать в клетке, в которой fair – правильная теория, а шарики выпадают в последовательности RRRRR. Число 0,8719 попадает в клетку «теория fair истинна, не RRRRR», так что сумма вероятностей в столбце fair составляет 0,9.

Априорная вероятность попадания в столбец red равна 0,05. Следовательно, вероятность того, что теория red истинна и что шарики выпадают в последовательности RRRRR, составляет 7,76 % от 5 %, или 0,0039. Это составляет 0,0461 для клетки «теория red истинна, RRRRR».

Теория black также имеет априорную вероятность 0,05. Однако эта теория не так хорошо согласуется с вероятностью последовательности RRRRR. Вероятность того, что теория black истинна, а шарики выпадают в последовательности RRRRR, равна всего 1,024 % от 5 %, или 0,0005.

Вот как выглядит наша матрица с заполненными клетками.

(Обратите внимание, что сумма чисел во всех клетках матрицы равна единице. Именно так и должно быть, поскольку шесть клеток матрицы представляют все возможные варианты.)

Что произойдет с нашими теориями, если мы запустим колесо и действительно получим последовательность RRRRR? Это была бы хорошая новость для теории red и плохая новость для теории black. Именно это мы и видим. Попадание шарика в красные ячейки пять раз подряд означает, что мы находимся в нижней строке матрицы из шести клеток, причем вероятность 0,0005 соответствует теории black, 0,028 теории fair и 0,0039 теории red. Другими словами, при условии формирования последовательности RRRRR наша новая оценка состоит в том, что вероятность истинности теории fair в семь раз больше вероятности теории red, а вероятность теории red примерно в восемь раз больше вероятности теории black.

Если вы хотите перевести эти относительные величины в вероятность, выраженную в процентах, вам нужно просто вспомнить, что общая вероятность всех возможных вариантов должна быть равной единице. Сумма чисел в нижней строке равна 0,0325; следовательно, чтобы обеспечить сумму этих чисел, равную единице, без изменения соотношения между ними, можно просто разделить каждое число на 0,0325. В итоге вы получите следующее.

Степень вашей уверенности в истинности теории red увеличилась почти в два раза, тогда как уверенность в теории black почти полностью сошла на нет. Этого и следовало ожидать! Вы видите, как шарик выпадает на красное пять раз подряд, так почему бы вам не начать более серьезно подозревать, что игра нечестная?

Шаг «разделить все на 0,0325» может показаться ситуативным трюком. Но на самом деле это действительно необходимо сделать. Если вам трудно понять это на интуитивном уровне, вот еще одна картина происходящего, которая многим нравится больше. Представьте себе, что есть десять тысяч колес рулетки. И есть десять тысяч комнат, в которых находятся разные колеса, и за каждым колесом играет какой-то человек. Один из людей, играющих в рулетку, – это вы. Но вы не знаете, какое именно колесо вам досталось! В таком случае можно построить модель вашего незнания истинного характера колеса, предположив, что среди исходных десяти тысяч колес в пяти сотнях колес было сделано больше черных ячеек, еще в пяти сотнях больше красных ячеек (red), а в остальных девяти тысячах колес равное количество черных и красных ячеек (fair).

Выполненные выше расчеты говорят о том, что последовательность RRRRR может быть в случае 281 колеса fair, 39 колес red и только 5 колес black. Следовательно, получив последовательность RRRRR, вы все равно не знаете, в какой из десяти тысяч комнат находитесь, но вам удалось существенно сократить количество вариантов: вы находитесь в одной из 325 комнат, в которых шарик выпал на красное пять раз подряд. А среди этих комнат в 281 из них (около 86,5 %) колеса fair, в 39 (12 %) колеса red и только в 5 (1,5 %) колеса black.

Чем больше шариков попадает в красные ячейки, тем более благосклонно вы будете относиться к теории red (и тем меньше будете доверять теории black). Если вы увидели бы, как шарик попадает в красные ячейки десять раз подряд, а не пять, те же вычисления повысили бы вашу оценку вероятности истинности теории red до 25 %.

Мы с вами рассчитали, как степень нашей уверенности в истинности различных теорий должна измениться после того, как шарик попадет в красную ячейку пять раз подряд. Полученная величина называется «апостериорная вероятность». Подобно тому как априорная вероятность описывает степень вашей уверенности в истинности теории до получения эмпирических данных, апостериорная вероятность характеризует степень уверенности после получения данных. При этом мы делаем байесовский вывод, поскольку переход от априорной к апостериорной вероятности основан на старой формуле теории вероятностей, которая называется теоремой Байеса. Эта теорема представлена в виде короткого алгебраического выражения, которое я вполне мог бы написать для вас прямо здесь и сейчас. Но я попытаюсь не делать этого, поскольку, если вы начнете применять формулу сугубо механически, не задумываясь о сложившейся ситуации, это может затруднить понимание того, что происходит на самом деле. Все, что вам нужно знать о происходящем здесь, уже можно увидеть в представленной выше матрице[153].