這是一個由法國數學家與政治家博萊爾(法語:Félix Édouard Justin Émile Borel)與義大利數學家坎特利(義大利語:Francesco Paolo Cantelli )共同提出的定理,此為機率論當中的其中一個「0-1定理」(Zero-One Law),它敘述了在某些情況之下,某個事件的發生機率不是0就是1。能夠如此確定某件事情一定會(或一定不會)發生,就機率論來講算相當少見。Boerl-Cantelli Lemma白話文敘述大致為:
無窮多個(Infinite)事件發生的機率,其總和若為有限(Finite),則此無窮多個事件同時發生的機率為0
測度論或是機率論中的limit suprenum(簡寫為lim_sup,上極限)等價於這些事件"Infinitely Often, i.o",也就是無窮多個事件同時發生(交集--Intersection--就代表「同時發生」的意思)。附帶一提,limit infinum(簡寫為lim_inf,下極限)等價於這些事件"All but Finitely Often, f.o",也就是說無窮多個事件,在某些情況下,並不會滿足某個條件。例如:"n^2-100 is positive in natural numbers all but finitely often"。
Borel-Cantelli Lemma簡易的證明如下:
The Second Borel-Cantelli Lemma
此定理是Borel-Cantelli Lemma的延伸,它的敘述是:
獨立的無窮多個事件機率總和若為無窮大,則此無窮多個事件同時發生的機率為1
獨立的無窮多個事件機率總和若為無窮大,則此無窮多個事件同時發生的機率為1
數學定理敘述方式為:如果
則
The Second Borel-Cantelli Lemma簡易的證明
Infinite Monkey Theorem
此為The Second Borel-Cantelli Lemma的一個重要思想上的應用,它敘述了一隻猴子的打字次數達到「無窮」以後,必然能夠打出一篇完整的文章,例如:完整的哈利波特小說系列。這個敘述由Borel於1909年在他某本出版的機率論書籍提出,不過他並非第一個提出這個思想的人,早在1735年,英國作家斯威夫特(Jonathan Swift)撰寫的《格列佛遊記》(Gulliver's Travels) 就有提到某位教授要學生轉動機械把手,隨機產生字句以建立知識表的場景了 。
須知此定理當中,「必然」是數學上的定義(機率為1),然而「猴子」卻不是真的猴子,牠也可代換成「打字員」,它主要想說明的論點是不要把非常大但是有限的數視同無限 。就英文字而言,隨機打出一個與指定文字相同者的機率是(1/26),隨機打出兩個相同字的機率則是(1/26*26)=(1/676)=0.148%。光是要打出20個完全與指定文字相同的機率,就已經小於10^(-29)了,在現實時空下,要讓一隻猴子用隨機打字的方式打出一篇完整的莎士比亞劇本,機率是微乎其微(趨近於0),因為現實是一種非常大的有限(而不是嚴格意義上的無限)。現實是在猴子的生命週期中,不太可能打得出一篇完整的文章。現實生活中非常多件事情雖然還是有可能同時發生,但機率不會是1(也就是不必然)。同理,有可能某些事情非常不可能會發生,但機率不會是0。
The Second Borel-Cantelli告訴我們,眼光放至「無窮」,才能說什麼事情不是「一定會」發生,就是「一定不會」發生。現實生活因為並非無限,任何事情都應該要考慮到「可能性」才是。
參考資料:
[1] 政大應數所_高等機率論上課筆記
[2] 政大應數所_實變函數論上課筆記
[3] Durrett, R (2013). Probability Theory and Examples, 4th ed.
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