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authorRoy Seitz <roy.seitz@ost.ch>2021-09-11 14:04:07 +0200
committerRoy Seitz <roy.seitz@ost.ch>2021-09-11 14:04:07 +0200
commitf6f7b194411c8fdda2ba6777a3d5fac69d043ad2 (patch)
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-rw-r--r--buch/chapters/80-wahrscheinlichkeit/parrondo.tex74
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diff --git a/buch/chapters/80-wahrscheinlichkeit/parrondo.tex b/buch/chapters/80-wahrscheinlichkeit/parrondo.tex
index 50e7fda..94b39fc 100644
--- a/buch/chapters/80-wahrscheinlichkeit/parrondo.tex
+++ b/buch/chapters/80-wahrscheinlichkeit/parrondo.tex
@@ -32,7 +32,7 @@ E(X)
=
1\cdot P(X=1) + (-1)\cdot P(X=-1)
=
-\frac12+e + (-1)\biggl(\frac12-e\biggr)
+\frac12+e + (-1)(\frac12-e)
=
2e.
\)
@@ -41,6 +41,7 @@ Die Gewinnerwartung ist also genau dann negativ, wenn $e<0$ ist.
\subsubsection{Das Spiel $B$}
Das zweite Spiel $B$ ist etwas komplizierter, da der Spielablauf vom
aktuellen Kapital $K$ des Spielers abhängt.
+\index{Kapital}%
Wieder gewinnt oder verliert der Spieler eine Einheit,
die Gewinnwahrscheinlichkeit hängt aber vom Dreierrest des Kapitals ab.
Sei $Y$ die Zufallsvariable, die den Gewinn beschreibt.
@@ -49,9 +50,9 @@ andernfalls ist sie $\frac34$.
Formell ist
\begin{equation}
\begin{aligned}
-P(Y=1|\text{$K$ durch $3$ teilbar}) &= \frac{1}{10}
+P(Y=1\mid \text{$K$ durch $3$ teilbar}) &= \frac{1}{10}
\\
-P(Y=1|\text{$K$ nicht durch $3$ teilbar}) &= \frac{3}{4}
+P(Y=1\mid \text{$K$ nicht durch $3$ teilbar}) &= \frac{3}{4}
\end{aligned}
\label{buch:wahrscheinlichkeit:eqn:Bwahrscheinlichkeiten}
\end{equation}
@@ -74,7 +75,7 @@ statt, der Eintrag $b_{ij}$ ist die Wahrscheinlichkeit
\[
b_{ij}
=
-P(K\equiv i|K\equiv j),
+P(K\equiv i\mid K\equiv j),
\]
dass ein Übergang vom Zustand $j$ in den Zustand $i$ stattfindet.
Die Matrix ist
@@ -95,11 +96,11 @@ Mit den Wahrscheinlichkeiten von
findet man die Gewinnerwartung
\begin{equation}
\begin{aligned}
-E(Y| \text{$K$ durch $3$ teilbar})
+E(Y\mid \text{$K$ durch $3$ teilbar})
&=
-1\cdot P(Y=1|K\equiv 0\mod 3)
+1\cdot P(Y=1\mid K\equiv 0\mod 3)
+
-(-1)\cdot P(Y=-1|K\equiv 0\mod 3)
+(-1)\cdot P(Y=-1\mid K\equiv 0\mod 3)
\\
&=
\frac1{10}
@@ -108,11 +109,11 @@ E(Y| \text{$K$ durch $3$ teilbar})
=
-\frac{8}{10}
\\
-E(Y| \text{$K$ nicht durch $3$ teilbar})
+E(Y\mid \text{$K$ nicht durch $3$ teilbar})
&=
-1\cdot P(Y=1|K\not\equiv 0\mod 3)
+1\cdot P(Y=1\mid K\not\equiv 0\mod 3)
+
-(-1)\cdot P(Y=-1|K\not\equiv 0\mod 3)
+(-1)\cdot P(Y=-1\mid K\not\equiv 0\mod 3)
\\
&=
\frac34-\frac14
@@ -131,9 +132,9 @@ Die Gewinnerwartung in diesem Fall ist dann
\begin{align}
E(Y)
&=
-E(Y|\text{$K$ durch $3$ teilbar}) \cdot \frac13
+E(Y\mid \text{$K$ durch $3$ teilbar}) \cdot \frac13
+
-E(Y|\text{$K$ nicht durch $3$ teilbar}) \cdot \frac23
+E(Y\mid\text{$K$ nicht durch $3$ teilbar}) \cdot \frac23
\notag
\\
&=
@@ -164,13 +165,13 @@ G=\begin{pmatrix}
\end{pmatrix}
\]
gibt die Gewinne an, die bei einem Übergang anfallen.
-Die Matrixelemente $g_{ij}b_{ij}$ des Hadamard-Produktes
-$G\odot B$
-von $G$ mit $B$ enthält in den Spalten die Gewinnerwartungen
+Die Matrix mit den Matrixelementen $g_{ij}b_{ij}$ ist das Hadamard-Produktes
+$G\odot B$ von $G$ mit $B$.
+Sie enthält in den Spalten die Gewinnerwartungen
für die einzelnen Übergänge aus einem Zustand.
Die Summe der Elemente der Spalte $j$ enthält die Gewinnerwartung
\[
-E(Y|K\equiv j)
+E(Y\mid K\equiv j)
=
\sum_{i=0}^2 g_{ij}b_{ij}
\]
@@ -181,9 +182,9 @@ $U^t=\begin{pmatrix}1&1&1\end{pmatrix}$
entsteht:
\[
\begin{pmatrix}
-E(Y|K\equiv 0)&
-E(Y|K\equiv 1)&
-E(Y|K\equiv 2)
+E(Y\mid K\equiv 0)&
+E(Y\mid K\equiv 1)&
+E(Y\mid K\equiv 2)
\end{pmatrix}
=
U^t
@@ -194,7 +195,7 @@ Die Gewinnerwartung ist dann das Produkt
E(Y)
=
\sum_{i=0}^2
-E(Y|K\equiv i) p_i
+E(Y\mid K\equiv i) p_i
=
U^t
(G\odot B)p.
@@ -247,7 +248,7 @@ Das Spiel kennt die Dreierreste als die drei für das Spiel ausschlaggebenden
Zuständen.
Das Zustandsdiagramm~\ref{buch:wahrscheinlichkeit:fig:spielB} zeigt
die möglichen Übergänge und ihre Wahrscheinlichkeiten, die zugehörige
-Matrix ist
+Übergangsmatrix ist
\[
B
=
@@ -255,7 +256,7 @@ B
0 &\frac14 &\frac34\\
\frac1{10} &0 &\frac14\\
\frac9{10} &\frac34 &0
-\end{pmatrix}
+\end{pmatrix}.
\]
Die Matrix $B$ ist nicht negativ und man kann nachrechnen, dass $B^2>0$ ist.
Damit ist die Perron-Frobenius-Theorie von
@@ -263,6 +264,7 @@ Abschnitt~\ref{buch:section:positive-vektoren-und-matrizen}
anwendbar.
Ein Eigenvektor zum Eigenwert $1$ kann mit Hilfe des Gauss-Algorithmus
+\index{Gauss-Algorithmus}%
gefunden werden:
\begin{align*}
\begin{tabular}{|>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}|}
@@ -301,7 +303,7 @@ Daraus liest man einen möglichen Lösungsvektor mit den Komponenten
$5$, $2$ und $6$ ab.
Wir suchen aber einen Eigenvektor, der als Wahrscheinlichkeitsverteilung
dienen kann.
-Dazu müssen sich die Komponente zu $1$ summieren, was man durch normieren
+Dazu müssen sich die Komponenten zu $1$ summieren, was man durch Normieren
in der $l^1$-Norm erreichen kann:
\begin{equation}
p
@@ -344,11 +346,13 @@ nach
\begin{align*}
P(Y=+1)
&=
-P(Y=+1|K\equiv 0) \cdot P(K\equiv 0)
+P(Y=+1\mid K\equiv 0) \cdot P(K\equiv 0)
+
-P(Y=+1|K\equiv 1) \cdot P(K\equiv 1)
+P(Y=+1\mid K\equiv 1) \cdot P(K\equiv 1)
+\\
+&\qquad
+
-P(Y=+1|K\equiv 2) \cdot P(K\equiv 2)
+P(Y=+1\mid K\equiv 2) \cdot P(K\equiv 2)
\\
&=
\frac{1}{10}\cdot\frac{5}{13}
@@ -368,11 +372,13 @@ P(Y=+1|K\equiv 2) \cdot P(K\equiv 2)
\\
P(Y=-1)
&=
-P(Y=-1|K\equiv 0) \cdot P(K\equiv 0)
+P(Y=-1\mid K\equiv 0) \cdot P(K\equiv 0)
+
-P(Y=-1|K\equiv 1) \cdot P(K\equiv 1)
+P(Y=-1\mid K\equiv 1) \cdot P(K\equiv 1)
+\\
+&\qquad
+
-P(Y=-1|K\equiv 2) \cdot P(K\equiv 2)
+P(Y=-1\mid K\equiv 2) \cdot P(K\equiv 2)
\\
&=
\frac{9}{10}\cdot\frac{5}{13}
@@ -479,9 +485,9 @@ G\odot F = \begin{pmatrix}
Nach der früher dafür gefundenen Formel ist
\begin{align*}
\begin{pmatrix}
-E(Y|K\equiv 0)&
-E(Y|K\equiv 1)&
-E(Y|K\equiv 2)
+E(Y\mid K\equiv 0)&
+E(Y\mid K\equiv 1)&
+E(Y\mid K\equiv 2)
\end{pmatrix}
&=
U^t (G\odot \tilde{B})
@@ -710,10 +716,10 @@ A=\begin{pmatrix}
\subsubsection{Das Spiel $C$}
In jeder Durchführung des Spiels wird mit einem Münzwurf entschieden,
ob Spiel $A$ oder Spiel $B$ gespielt werden soll.
-Mit je Wahrscheinlichkeit $\frac12$ werden also die Übergansmatrizen
+Mit Wahrscheinlichkeit je $\frac12$ werden also die Übergansmatrizen
$A$ oder $B$ verwendet:
\[
-P(K\equiv i|K\equiv j)
+P(K\equiv i\mid K\equiv j)
=
A\cdot P(\text{Münzwurf Kopf})
+