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Fortgeschrittene Stochastikfragen


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7 Antworten in diesem Thema

#1 demon_mfg Geschrieben 02. Oktober 2017 - 12:17

demon_mfg

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Angelehnt an diesen Thread sind nun alle Mathematiker unter euch gefordert. Ich habe nämlich folgendes Problem. Ich würde gerne die Eintrittswahrscheinlichkeiten für gewisse Situationen mathematisch berechnen, um den Landcount in einem Deck optimal bestimmen zu können. Zur Veranschaulichung habe ich mal folgendes fiktives Beispiel gewählt. Nehmen wir an, ich habe ein Deck mit 60 Karten, darunter 10 Inseln, 6 Ebenen und 4 Duals, also insgesamt 20 Länder. Nun möchte ich auf meiner Starthand mindestens zwei blaue und eine weiße Manaquelle haben. Durch die hypergeometrische Verteilung lassen sich beide Einzelwahrscheinlichkeiten wie folgt berechnen:

 

Mindestens 2x Blau:

Erfolge in Stichprobe: 2

Umfang der Stichprobe: 7

Erfolge in Gesamtmenge: 14

Umfang der Gesamtmenge: 60

Wahrscheinlichkeit: 0,522

 

Mindestens 1x Weiß:

Erfolge in Stichprobe: 1

Umfang der Stichprobe: 7

Erfolge in Gesamtmenge: 10

Umfang der Gesamtmenge: 60

Wahrscheinlichkeit: 0,741

 

Nach meinem Verständnis ist die Wahrscheinlichkeit, dass beide Ereignisse eintreten P(Blau) und P(Weiß) = 0,522 * 0,741 = 0,387. Dies setzt jedoch voraus, dass beide Ereignisse stochastisch unabhängig voneinander sind. Und hier bin ich mir ehrlich gesagt unsicher, da die vier Duals ja sowohl für die blauen als auch für die weißen Manaquellen in Betracht kommen.

 

Noch komplizierter wird es, wenn ich zwei blaue oder eine weiße Manaquelle haben möchte. Dort würde ich dann nach dem Additionssatz P(Blau) oder P(Weiß) = 0,522 + 0,741 - (0,522 * 0,741) = 0,876 berechnen, wieder vorausgesetzt beide Ereignisse sind stochastisch unabhängig. Ist das soweit korrekt?


Bearbeitet von demon_mfg, 02. Oktober 2017 - 14:53.

MfG the Demon

#2 SchwarzerRitter Geschrieben 02. Oktober 2017 - 14:15

SchwarzerRitter

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Hier ist ein schönes Werkzeug für die Berechnung: Hypergeometric Calculator

Population Size ist die Deckgröße, Number of Successes in Population die Anzahl der Erfolge im Deck, Sample Size die gezogenen Karten, Number of Successes die Anzahl der Karten die du haben willst und Cumulative Propability die Wahrscheinlichkeit.

 

Die Chance für 2x Blau hast du richtig berechnet, aber bei 1x Weiß hast du nicht berücksichtigt, dass mindestens zwei deiner Karten Inseln sind, das bedeutet der Umfang der Stichprobe ist nur 5 und die Anzahl der Karten im Deck 58. Die Wahrscheinlichkeit ist also nur 0,622.

Die Doppelländer verringern deine Erfolgswahrscheinlichkeit ein wenig, allerdings habe ich keine Ahnung, wie man das berechnet. Ich nehme an, du musst drei verschiedene Rechnungen machen, je eine für kein Doppelland, ein Doppelland und zwei Doppelländer. Ich schätze mal, die Chance liegt dann bei 0,59

 

Die letzte Formel ist richtig, vorausgesetzt dasOoder ist kein ausschließendes Oder.


Bearbeitet von SchwarzerRitter, 02. Oktober 2017 - 14:17.


#3 Gast_Octopus Crash_* Geschrieben 02. Oktober 2017 - 14:28

Gast_Octopus Crash_*
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Sehr schöne Aufgabe, aber im Detail leider auch sehr kompliziert, sodass ich nicht genau weiß wieviel Sinn es macht, das zu versuchen zu erklären  :wacko:

Erstmal ein paar konkrete Antworten:

 

1) Deine Rechnungen für "mindestens 2x Blau" und "mindestens 1x Weiß" einzeln stimmen so wie du sie gemacht hast. Also wenn du statt "2x Blau" hinschreibst "mindestens 2x Blau", und statt "1x Weiß" hinschreibst "mindestens 1x Weiß" stimmen die Rechnungen, da hast du die hypergeometrische Verteilung einwandfrei angewandt.

 

2) Es ist richtig, wie von dir vermutet, dass die Ereignisse sowohl eine gewisse Anzahl an blauen Quellen, wie auch eine gewisse Anzahl an weißen Quellen zu ziehen, nicht stochastisch unabhängig voneinander sind, was - ebenfalls richtig - die simple Multiplikation der zwei einzeln berechneten Ergebnisse also neue Lösung leider nicht zulässt.

Das liegt aber im übrigen nicht primär (aber auch) daran, dass man es hier mit Duallands zu tun hat, sondern in erster Linie daran, dass man es mit zwei verschiedenen Ereignissen zu tun, man aber ohne Zurücklegen zieht. Im Beispiel "mindestens 2x Blau" hast du zB den Fall drin, einfach 7 blaue Quellen zu ziehen, so wie du im Fall "mindestens 1x Weiß" zB den Fall drin hast, auch einfach 7 weiße Quellen zu ziehen. Da du aber insgesamt bloß 7 Karten ziehst, können die beiden Fälle also nicht gleichzeitig auftreten (dafür müsstest du 14 Karten ziehen), wodurch die Fälle offensichtlich voneinander abhängig sind.

 

3) Die genaue Wahrscheinlichkeit verbirgt sich hinter einer Formel, für die ich jetzt ungefähr 20 Minuten minutiös viele viele kleine Zeichen in einen Rechner eingeben müsste. Das lässt sich leider nicht von Hand berechnen (also lässt sich schon, aber das sind grob geschätzt ungefähr 150 Summanden, von denen jeder ein Produkt aus mindestens 4 Binomialkoeffizienten ist). Oder ich müsste halt ein Programm dafür schreiben oder so. Im Anhang mal die Formel dafür. Wenn dich die genaue Zahl interessiert, kann ich das auch mal eintippen. Aber es stellt sich die Frage: Was genau bringt es dir, zu diesem einen Fall jetzt die Zahl zu kennen - ich werde dir leider keine "einstellbare Formel" geben können, an der du sehen kannst: "ah ok, wenn ich hier jetzt eine Inselmehr reinnehme, steigen meine Chancen um so und so viel Prozentpunkte".

 

4) Kurze Erklärung zur Rechnung: Es handelt sich um eine multivariate hypergeometrische Verteilung. Die vier Klassen von Kugeln sind "Island", "Dualland", "Plains" und "Rest". Aus diesen Klassen ist dein Deck zusammen gesetzt. Die großen B's stehen genau dafür, also wieviel es von jeder Sorte (Klasse) gibt. Die kleinen b's stehen jetzt für die Anzahl, wieviele davon im Experiment gezogen werden. Der Vektor (1,2,3,1) würde zB bedeuten genau eine Island, 2 Duallands, 3 Plains und 1 andere zu ziehen. Da sich deine Frage aber darauf bezieht mindestens bestimmte Anzahlen von gewissen Klassen zu ziehen, muss man viele viele (ich glaube wie gesagt irgendwas in die Richtung c*35*5 mit c irgendeine Zahl xD) Fälle berechnen. Die Summationsgrenzen kommen eben genau dadurch zustande, dass man ja eben nur noch höchstens eine Plains ziehen kann, wenn man schon die 6 anderen Ziehungen irgendwo anders aufgeteilt hat. Gleichzeitig müssen aber die Kriterien (mindestens 2xBlau und mindestens 1xWeiß) erfüllt sein. Dafür habe ich es so geordnet, dass ich zuerst die Anzah an gezogenen Duallands einfach durchgehe. Ziehe ich 2 Duallands, kann ich die Restgrößen beliebig auf Vektoreneinträge verteilen. Ziehe ich bloß ein Dualland, muss ich mindestens eine Insel dazu ziehen, und kann wiederum danach dann den Rest beliebig aufteilen. Ziehe ich kein Dualland, muss ich also mindestens 2 Inseln und mindestens 1 Ebene ziehen und kann danach dann die restlichen 4 Karten beliebig zusammen ziehen. Der ganze Text würde jetzt beschreiben, wie genau das erste Summenzeichen zustande kommt, und würde andeuten, was die restlichen Summenzeichen so tun.

 

Bei Fehlern meinerseits einfach reinrufen.

 

LG

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Bearbeitet von MtG_Crash, 02. Oktober 2017 - 14:29.


#4 demon_mfg Geschrieben 02. Oktober 2017 - 16:11

demon_mfg

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Hier ist ein schönes Werkzeug für die Berechnung: Hypergeometric Calculator

Population Size ist die Deckgröße, Number of Successes in Population die Anzahl der Erfolge im Deck, Sample Size die gezogenen Karten, Number of Successes die Anzahl der Karten die du haben willst und Cumulative Propability die Wahrscheinlichkeit.

 

Habe meine Berechnungen bisher immer in Excel gemacht, aber mit diesem Tool kann man sich einiges an Schreibarbeit ersparen. Danke für den Tipp!

 

@MtG_Crash: Danke für deine ausführliche Erklärung! Wie ich befürchtet habe, erschwert sich die Sache dadurch um einiges. Bzgl. deiner Formel im Anhang meine ich noch ein paar "Fehler" gefunden zu haben:

 

1) Da nur 4 Duals insgesamt gespielt werden, kann die erste Summe nur bis 4 und nicht bis 7 gehen.

2) Es werden nur die Ereignisse aufsummiert, in denen mindestens zwei blaue und eine weiße Manaquelle vorkommen. Demnach würde bspw. b = (0, 1, 1, 5) ignoriert. Sehe ich das richtig?

3) Summiert man die Indizes (b_1 bis b_4) auf, so ergibt sich immer eine Zahl zwischen 3 und 7. Müsste die Summe nicht immer 7 ergeben, da ich ja immer genau 7 Karten auf der Starthand habe?


MfG the Demon

#5 Gast_Octopus Crash_* Geschrieben 02. Oktober 2017 - 16:40

Gast_Octopus Crash_*
  • Gast

1) Du hast inhaltlich Recht damit, dass man natürlich nicht den Fall einberechnen darf, wo man sagt, dass einfach 5 Duals getroffen werden.
Formeltechnisch ist das so geregelt, dass unzulässige Binomialkoeffizienten per Konvention auf 0 gesetzt werden. Dh wenn man zB "4 über 5" berechnet, wird der Koeffizient auf 0 gesetzt, weil k ja kleinergleich n sein muss. Gleiches gilt für negative Zahlen. Also "4 über -1" wird ebenfalls auf 0 gesetzt. So werden dann die jeweiligen Summanden automatisch zu Nullen und gehen dementsprechend nicht ins Ergebnis ein.
Dort, wo du dann zB dachtest, dass soetwas wie "4 über 7" zustande käme, wird mindestens einer der Faktoren im Summanden 0, damit der ganze Summand=0 und geht dementsprechend auch nicht in das Ergebnis ein.
Dem gleichen Trick habe ich mich bedient, als ich aufgeschrieben habe, wo die Laufindizes der zweiten bis vierten Summe losgehen. Bei der zweiten Summe startet b_1 ja bei 2-b_2. Wenn aber zB gerade in dem Fall ist, wo b_2=7 ist, würde ja b_1 bei -5 losgehen. Ist prinzipiell erstmal möglich (summationstechnisch kein Problem), aber soll ja explizit nicht einberechnet werden (minus 5 Treffer zu erzielen macht wenig Sinn^^), und auch das wird wieder dadurch geregelt, dass b_2 "unten" in den Binomialkoeffizienten steht, wodurch jene Binomialkoeffizienten wieder eine 0 als Summand produzieren und somit nicht in die Berechnung eingehen.

 

2) Jap, müsste aber alles in Ordnung gehen in er Formel. (0,1,1,5) wird ignoriert. b2 steht also bei 1, demnach geht b1 laut Formel bei 1 los, dementsprechend wird (0,1,1,5) nicht getroffen.

 

3) Ohja stimmt, das ist ein Fehler. Man darf b_4 eig nicht als letzten freien Parameter zulassen, sondern muss den durch 7-b1-b2-b3 substituieren.

 

Im Anhang die korrigierte Formel (nur das letzte Summenzeichen weggelassen und b_4 substituiert).

 

\kleiner Edit zu 2)

 

LG

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Bearbeitet von MtG_Crash, 02. Oktober 2017 - 16:49.


#6 demon_mfg Geschrieben 02. Oktober 2017 - 18:55

demon_mfg

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Und eine Kleinigkeit, dir mir noch aufgefallen ist. Ich weiß nicht, ob die Formel das bereits impliziert, aber die Indizes b_1 und b_3 sind indirekt voneinander abhängig, da ein Dual nicht für ein blaues und ein weißes Mana gleichzeitig tappt. Dies müsste man bei der Berechnung des Index b_3 berücksichtigen.

Ich habe mal ein kleines Pythonskript geschrieben und die Formel soweit korrigiert, wie ich sie für richtig halte. Für das Beispiel aus dem Startpost bekomme ich raus: P(min. 2x blau) und P(min. 1x weiß) = 0,333. Das Ergebnis halte ich für durchaus plausibel, wenn man es mit der Wahrscheinlichkeit bei stochastischer Unabhängigkeit der Ereignisse vergleicht (0,387). Ich gucke mal, ob ich das Skript etwas allgemeingültiger hinbekomme. Zumindestens wenn man sich fürs Erste auf Basics beschränkt, sollte das relativ einfach möglich sein.


MfG the Demon

#7 Gast_Octopus Crash_* Geschrieben 02. Oktober 2017 - 19:05

Gast_Octopus Crash_*
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Was genau meinst du mit der Stelle, dass ein Dual sowohl für blau, als auch für weiß tappt?
Beides gleichzeitig kann es ja eben nicht produzieren.

Wenn du darauf hinaus möchtest, dass zB (1,1,0,58) mit berücksichtigt wird, dann habe ich mich erstmal möglichst wortwörtlich an deine Aufgabenstellung gehalten.


Nun möchte ich auf meiner Starthand mindestens zwei blaue und eine weiße Manaquelle haben.

Wenn du jetzt eine Insel und ein Dual auf der Hand hast, hast du sowohl zwei blaue, als auch eine weiße Quelle auf der Hand.

Wenn du es aber so brauchst, dass du T3 für {U} {U} {W} tappen kannst, musst du etwas daran ändern, das ist richtig.

 

LG



#8 demon_mfg Geschrieben 02. Oktober 2017 - 19:21

demon_mfg

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Ah okay, da habe ich mich etwas missverständlich ausgedrückt. Wie du schon richtig erahnt hast, meinte ich T3 {U} {U} {W} . Aber gut, das Konzept habe ich verstanden. Vielen Dank nochmal.


MfG the Demon




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