什么是概率？

继《线性代数》和《单变量微积分》后，“马同学图解”系列又迎来新的成员 ---- 《概率论与数理统计》，覆盖浙江大学《概率与数理统计》前八章（考研范围），下面是本课程的第二篇文章，欢迎大家试读和购买（微信公众号：马同学图解数学，菜单“图解”中购买）。
1 争论
概率论需要回答的第一个问题就是，什么是概率？
刚接触这门学科的同学可能觉得难以置信，这个问题仍然存在着广泛的争论：

而且这个问题更像是一个哲学问题，而不是数学问题，确实也有不少哲学家参与讨论。
对于概率的定义有几个主流的派别：

频率派
古典派
主观派

了解这些派别对于理解概率论很有帮助，下面来简单介绍一下。
2 频率派
首先来了解下频率派，频率派的理论基础是对过去事实的归纳总结。
2.1 什么是频率？
学概率从抛硬币开始才是正确姿势。我们知道硬币是有正反两面：

硬币抛出之后：

得到的结果是随机的，那么得到正面的概率是多少呢？这里的“概率”又指的是什么？
我们扔100次硬币试试：

可以看到，得到48次正面，52次反面，用正面次数除以总的次数：

“ ”称为扔100次硬币时，正面出现的。
2.2 频率与概率
2.2.1 频率稳定性
同样的，扔次硬币时如果出现了次正面，那么：

“ ”为此时正面出现的频率。历史上很多数学家都做过扔次硬币的实验：

从试验结果可见，随着的增大，频率越来越趋近于0.5。可见，虽然单次扔硬币的结果是随机的，但多次重复后频率趋于稳定，这种稳定性也称为，反应了扔硬币存在某种必然性。
2.2.2 定义
频率派认为如果频率存在稳定性，即当时下面极限存在，就得到了（用Probability的首字母P来表示）：

可以自己尝试扔一下，点一下按钮就会模拟扔100次硬币，看看是不是扔的次数越多，越趋于0.5（计算机模拟的，内部使用的是伪随机，难免会有一些偏差）：

此处有互动内容，点击此处前往操作。
3 频率派的缺点
通过频率来定义概率的方法比较符合直觉，但缺陷也很明显：

首先，需要足够大，但是“足够大”这个词很含糊
其次，需要在相同条件下反复扔硬币，但是“相同条件”这个词也很含糊，也很难保证，比如扔了10000次后，硬币上沾满汗水，那又怎么办？
再次，永远也不可能扔无限次硬币，所以得到的概率始终是一个近似值
最后，有些时候根本不具备反复实验的条件，比如火山喷发的概率应该怎么计算？

4 古典派
接下来介绍古典派，古典派的理论基础是不充分理由原则。
4.1 不充分理由原则
在概率论草创阶段，雅各布·伯努利（1654－1705）：

就提出，如果因为无知，使得我们没有办法判断哪一个结果会比另外一个结果更容易出现，那么应该给予它们相同的概率。比如：

硬币：由于不清楚硬币哪一面更容易出现，那么应该给予正面、反面相同的概率，即为
骰子：我们不清楚骰子哪一面更容易出现，那么应该给予每一面相同的概率，即为

此称为（Insufficient Reason Principle）。
4.2 古典概率
以不充分理由原则为基础，经由拉普拉斯（皮埃尔-西蒙·拉普拉斯侯爵，1749－1827）：

之手，确立了的定义，即：

在这之后，古典概率在整个19世纪也被人们广泛接受，我们高中学习的概率，基本都是古典概率。
比如，有一家原木加工厂，它会把木头切成不同的木方，木方的截面都是正方形，边长会在1 3尺之间随机浮动：

那么根据古典概率，正方形边长在1 2尺之间的概率为多少？
根据古典概率的不充分理由原则，我们没有办法判断哪一种边长更容易出现，那么就应该给予它们相同的概率，也就是说1 3之间每一种长度都是等可能的。
1 2包含了一半的可能长度：

所以，正方形边长在1 2尺之间的概率为。
5 古典派的缺点
古典派的缺陷也是非常明显的：
（1），古典派的概率定义，“未知的概率都是等概率”，有循环定义的嫌疑。
（2），不充分理由原则没办法处理非等概率的情况，假如被告知硬币两面是非等概率的，但是不知道是哪一面，那么应该怎么办？（拉普拉斯提出还是应该按照等概率来处理）
（3），还容易产生矛盾，比如刚才练习题中提到的原木加工厂，它会把木头切成不同的木方，木方的截面都是正方形，边长会在1 3尺之间随机浮动：

那么根据不充分理由原则，正方形边长在1 2尺之间的概率为。
刚才的问题还可以转为面积来解答，1 3尺边长的正方形面积为1 9平方尺，1 2尺边长的正方形面积为1 4平方尺：

同样，根据不充分理由原则，1 9平方尺之间的正方面面积是等可能的，那么正方形面积在1 4平方尺之间的概率为：

选择对“长度”还是对“面积”运用不充分理由原则，同一个问题会得到了不同的概率：

上述问题是（Bertrand&#39;s paradox）简化版，由伯特兰在1899年出版的《概率论》中提出：

伯特兰悖论先说在这里，之后会有专门介绍古典派概率的章节，到时再来解决这个悖论。
6 主观派
最后介绍下主观派，主观派认为概率是（degree of belief）。
比如说，我个人相信20年后人类从网络时代进入人工智能时代的概率为70%：

上面说的概率也就是主观概率，是个人对这个命题的信念强度，换句话说我觉得还是很有可能实现的。
虽说是主观概率，其实也有客观的部分，比如刚才对人工智能的判断，就是基于AI的基础设置发展、计算速度的提高等事实。
主观概率更贴近人的思考方式，比如我们在作科学研究时，会先给出一个猜想，这就是给出了一个主观概率。
所以在人工智能时代，因为要模仿人的行为，主观概率越来越受到重视：

当然主观派缺陷也很明显，这也是被大家接受困难的原因：

说到科学，大家都认为应该是客观的，但是偏偏主观概率不客观，充满了个人偏见
因为主观，大家很难对某个主观概率达成共识

7 小结
三个流派大概有以下的区别：

这三个流派并非泾渭分明、互不相容，反而在发展中犬牙交错。比如要判断火山的喷发概率，就需要总结过往数据（频率派），再加入主观知识（主观派）。
为什么概率的定义不明确？可能因为概率本身研究的就是“不明确”。

_aqqlp · 2022-5-24 01:47:46

所以贝叶斯是主观派的代表吗？

ccqmg · 2022-5-24 01:48:13

测度呢

叔叔已成年 · 2022-5-24 01:49:12

贝叶斯定理主观派很喜欢用

吴宇 · 2022-5-24 01:50:04

贝叶斯不属于频率派吗？

56h · 2022-5-24 01:50:14

马同学登陆是什么操作

两天三点 · 2022-5-24 01:50:32

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

5xh6yj · 2022-5-24 01:50:51

宏观世界真的存在概率吗

吴宇 · 2022-5-24 01:51:01

概率是概率空间的测度。但是这种定义不抵饱。

吴宇 · 2022-5-24 01:51:10

定义用频率，计算用古典，意淫用主观

1a458 · 2022-5-24 01:51:29

别拿你自己的主观认识去定义ok？

吴宇 · 2022-5-24 01:52:02

你难道不知道博弈论？

6qdpt · 2022-5-24 01:52:16

正方形边长在1~ 2尺之间的概率难道不应该是三分之二，这二分之一是怎么出来的?

ur1f4 · 2022-5-24 01:52:47

因为是1~3，不包括0~1这一部分.

xiongmao · 2022-5-24 01:53:23

看完，突然发觉三体说的不同纬度的物理规律不相适应
线来看1/2
到面3/8

也可能是我想多了

2wp7 · 2022-5-24 01:54:05

不是

3vju53 · 2022-5-24 01:54:18

主观派给我一种“我说概率是多少就是多少”的感觉

Forrest · 2022-5-24 01:54:57

很有趣，主观派的观点很有性格决定命运这种论调的感觉，因为相信某种未来会发生最后真的发生

halou · 2022-5-24 01:55:38

谢谢～

_dyhi · 2022-5-24 01:56:15

了不起的发现
[棒]

netxqy · 2022-5-24 01:57:15

[大笑]我上高中的时候就想过这个问题。。到底什么是概率，未知的应该都是等概率[捂脸]确实符合正常认知。概率是不是一种未定义函数的极限啊。次数越多越收敛。

什么是概率？

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