数值操作的期望计算问题 | 豆包MarsCode AI刷题

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问题描述

小R有两个正整数aa和bb,她将随机选择其中一个数并将其乘以22。这个操作会进行两次,操作后的两个数之和会有所变化。小R想知道,操作结束后,两个数之和的期望值是多少?

例如:如果 a=3a=3 和 b=3b=3,那么有 1/21/2 的概率两数之和为 1212,1/21/2 的概率两数之和为 1515。因此,期望值为 13.513.5。

问题理解

小R有两个正整数 a 和 b,她会随机选择其中一个数并将其乘以 2。这个操作会进行两次。我们需要计算操作结束后,两个数之和的期望值。

关键点

  1. 随机选择:每次操作有 1/2 的概率选择 a,1/2 的概率选择 b。
  2. 操作两次:每次操作后,数会乘以 2。

期望值计算

我们需要考虑所有可能的操作组合,并计算每种组合的概率和结果。

可能的操作组合

  1. 两次都选择 a:a 变为 2a,b 不变。
  2. 第一次选择 a,第二次选择 b:a 变为 2a,b 变为 2b。
  3. 第一次选择 b,第二次选择 a:a 变为 2a,b 变为 2b。
  4. 两次都选择 b:a 不变,b 变为 2b。

概率

每种组合的概率都是 1/4,因为每次选择是独立的,且每次选择 a 或 b 的概率都是 1/2。

结果

  1. 两次都选择 a:结果为 2a+b。
  2. 第一次选择 a,第二次选择 b:结果为 2a+2b。
  3. 第一次选择 b,第二次选择 a:结果为 2a+2b。
  4. 两次都选择 b:结果为 a+2b。

期望值

期望值是所有可能结果的加权平均值,权重是每种结果的概率。

计算公式

期望值 E 可以表示为:
[ E = \frac{1}{4} (2a + b) + \frac{1}{4} (2a + 2b) + \frac{1}{4} (2a + 2b) + \frac{1}{4} (a + 2b) ]

简化后:
[ E = \frac{1}{4} (2a + b + 2a + 2b + 2a + 2b + a + 2b) ]
[ E = \frac{1}{4} (7a + 7b) ]
[ E = \frac{7}{4} (a + b) ]

结论

操作结束后,两个数之和的期望值是 (2aa + 2bb)/2 + (4 * aa+ bb)/4 + (4*bb + aa)/4。 每种组合的概率都是 1/4,因为每次选择是独立的,且每次选择 a 或 b 的概率都是 1/2。

代码实现

    double aa = a;
    double bb = b;
    // 计算期望值
    double expectedValue = (2*aa + 2*bb)/2 + (4 * aa+ bb)/4 + (4*bb + aa)/4;
    
    // 格式化输出结果
    return String.format("%.2f", expectedValue);