Математичні парадокси

Вгадай 2/3 від середнього Кожен називає число від 0 до 100. Яке назвете ви?Найрозумніша відповідь програє.

Виграє той, чиє число найближче до двох третин середнього всіх названих чисел. Тут ви граєте не з ботами, а з іншими відвідувачами сайту: ваше число піде в спільну гру, і після відповіді ви побачите, хто зараз перемагає. Назвіть своє число, а потім перевірте його в грі, на симуляції і в поясненнях.

Ланцюжок «інші теж не дурні» щоразу зменшує число на третину і доводить його до 0 (а для цілих чисел ще й до 1). Це рівновага для повністю раціональних гравців. Але живі люди роблять один-два кроки цього ланцюжка, тож у великих іграх перемагали числа від 13 до 22. Виграє той, хто на крок попереду натовпу, а не на нескінченність кроків.

Назвати своє число
0 або 1рівновага для повністю раціональних гравців
13переможне число в конкурсі Financial Times, 1997
36,73середнє в першому раунді досліду Розмарі Нагель
Умова задачі

Конкурс на дві третини

Таку гру проводили в лабораторіях, на лекціях і в газетах з тисячами читачів. Правила прості, і їх знають усі учасники.

  1. 1

    Число

    Кожен учасник таємно називає ціле число від 0 до 100 включно. Ніхто не бачить чужих чисел, поки гра не закінчиться.

  2. 2

    Ціль

    Коли всі назвали, рахують середнє всіх чисел, разом з вашим, і беруть дві третини від нього. Наприклад, троє назвали 10, 30 і 80: середнє 40, ціль 2/3 · 40 ≈ 26,7.

  3. 3

    Переможець

    Виграє той, чиє число найближче до цілі. У прикладі це 30: воно на 3,3 від 26,7, а 10 на 16,7. Якщо найближчих кілька, приз ділять порівну.

  4. 4

    Питання

    Інші гравці такі самі люди, як ви: вони теж читають ці правила і теж хочуть виграти. Яке число назвете ви?

Інтуїція підказує

«Числа будуть навмання, середнє 50, отже 33» або «усі розумні, отже 0»

Обидві відповіді програють. 33 вважає інших наївнішими за себе, 0 вважає всіх нескінченно розумними. Переможе той, хто вгадає, скільки кроків насправді роблять інші, і зробить на один більше.

Правила на цій сторінці

  • Лише цілі числа від 0 до 100.
  • Ваше число теж входить у середнє.
  • Гра відвідувачів: рахуємо першу відповідь з кожного браузера, анонімно.
  • Боти в раундах 2 і 3 грають за тими самими правилами.

Дві третини від середнього завжди менші за саме середнє, і найбільша можлива ціль — 66,7, коли всі назвали 100.

Раунд 1 · Вгадайте

Яке число ви назвете?

Ціле число від 0 до 100. Воно піде в гру відвідувачів сайту: виграє той, хто найближчий до 2/3 від середнього всіх відповідей.

50
0255075100

Відповідь одна: змінити її після перевірки не вийде.

Тут з'явиться розбір вашого числа і гра з ботами.

Гра відвідувачів сайту

названі числа ваше число ціль: 2/3 від середнього

Підказки

Важко вирішити? Відкривайте підказки по одній: спочатку легка, далі сильніша.

Раунд 2 · Гра

П'ять раундів проти 12 ботів

Боти думають на різну глибину. Бот рівня 0 називає число навмання. Рівень 1 вважає всіх інших навманнями і бере 2/3 від 50. Рівень 2 вважає інших ботами рівня 1, і так далі. Бувають і боти, що одразу кажуть 0 або 1. Після кожного раунду боти бачать середнє і підлаштовуються. За замовчуванням натовп невідомий: вгадайте його за першими раундами.

Спершу назвіть своє число в раунді 1. Гра з ботами показує, які числа виграють, тож вона відкриється після вашої відповіді.

До раунду 1
боти ви ціль

Рахунок матчу

РаундЦільВиМісце

Раунд 3 · Симуляція

Що глибше думає натовп, то нижча ціль

Тепер грають 1 000 ботів. Кожен робить випадкову кількість кроків думки: хтось нуль, хтось один, хтось три. Перший повзунок задає, скільки кроків вони роблять у середньому. Другий — яка частка ботів одразу каже 0. Лінії показують точне значення, точки — симуляцію. Числа тут дробові, щоб точно збігатися з теорією.

Симуляція показує, де опиняється ціль, тож вона відкриється після вашої відповіді в раунді 1.

До раунду 1
точно симуляція: середнє 20 ігор ваш натовп
точно симуляція: одна серія з 10 раундів
Ціль у першому раунді
–
Чиє число найближче до цілі
–
Раундів, поки ціль не впаде нижче 1
–
Раунд 4 · Пояснення

Чому раціональна відповідь програє

Перший шар без формул, другий з таблицею, графіком і формулами, третій про Кейнса, історію гри і газетні конкурси.

На пальцяхкартинки, аналогії, маленькі числа

Шар «На пальцях» приховано на всіх задачах.

Ідея (без формул)

Кожен крок «інші теж не дурні» зрізає третину

Якщо всі називають навмання, буде близько 50, і варто сказати 33. Але інші теж до цього додумаються і скажуть 33. Тоді середнє 33, і варто сказати 22. Інші й це передбачать… Кожен такий крок множить число на 2/3: 33, 22, 15, 10, 7 і так аж до 0.

Так виходить відповідь для ідеально раціональних гравців. Ця картка пояснює, звідки береться 0, але не пояснює, чому 0 програє. Про це наступна.

На крок попереду

Виграє не найрозумніший, а той, хто найкраще вгадав інших

Ціль залежить від того, що назвуть інші. Якщо більшість зупиняється на 33 і 22, середнє виходить близько 25–35, а ціль близько 17–23. Хто сказав 0, помилився на 20 з гаком: він думав на нескінченність кроків, а треба було лише на один більше за натовп.

Тому в цій грі немає однієї правильної відповіді. Найкраще число залежить від людей за столом.

Лише цілі числа

Чому ще й 1

Якщо всі інші сказали 1, середнє близьке до 1, а ціль до 2/3. Число 1 від неї на третину, а 0 на дві третини. Тож коли всі кажуть 1, нікому не вигідно переходити на 0. «Усі кажуть 0» і «усі кажуть 1» — дві стійкі ситуації, якщо гравців хоча б четверо. Дробові числа прибирають другу.

Справжні ігри

Ціль у живих людей

Нагель, 1995: середнє першого раунду36,73ціль ≈ 24,5
Financial Times, 1997: середнє18,91переможне число 13

Студенти в дослідженні Розмарі Нагель грали вперше, і ніхто з них у першому раунді не назвав 0. Читачі газети мали два тижні на роздуми, і нулів серед них було помітно більше, але ціль однаково вийшла 12,6.

Строготаблиці, графіки, формули

Шар «Строго» приховано на всіх задачах.

Ітероване вилучення домінованих стратегій

Що лишається після кожного кроку

Крок kМежа, дробові числа: 100·(2/3)kМежа, цілі числаРівень k: 50·(2/3)k

Ціль ніколи не перевищує 66,7, тож будь-яке число понад 67 гірше за 67, хоч що роблять інші: воно доміноване. Якщо всі це розуміють, ціль не перевищує 2/3 · 67 ≈ 44,7, і відпадають числа понад 45. І так далі. Для дробових чисел межа 100·(2/3)k прямує до 0, але ніколи його не досягає, тож кроків нескінченно багато. Для цілих чисел ланцюжок 100 → 67 → 45 → 30 → 20 → 13 → 9 → 6 → 4 → 3 → 2 → 1 зупиняється через 11 кроків на 1: лишаються 0 і 1.

Остання колонка — інший ланцюжок: модель рівнів мислення. Тут гравець не відкидає неможливе, а відповідає на конкретну здогадку про інших, починаючи з «середнє буде 50». Саме ці числа, 33 і 22, найчастіше трапляються в справжніх іграх.

Яке число виграє найчастіше

Ваш шанс проти 30 ботів, залежно від вашого числа

Для тих, хто любить формули

Рівновага, рівні мислення і ціль натовпу

N гравців називають xi ∈ {0, 1, …, 100}. Ціль і переможець:

T=23·1N∑i=1Nxi,виграєarg min|xi−T|

Після k кроків вилучення лишаються числа не більші за цю межу. Вона прямує до 0, тож єдина рівновага для дробових чисел — усі називають 0.

Mk=100·(23)k→0

Цілі числа: якщо всі інші кажуть 1, а один каже 0, то 0 на відстані 2(N−1)/(3N) від цілі, а 1 на відстані (N+2)/(3N). Нуль ближчий лише при N < 4, тож «усі кажуть 1» — теж рівновага, якщо гравців щонайменше четверо (при N = 4 відстані рівні).

2(N−1)3N<N+23N⟺N<4

Рівень k відповідає на здогадку «усі інші рівня k − 1», починаючи з 50. Якщо рівні в натовпі розподілені за Пуассоном із середнім τ (як у раунді 3), середнє натовпу і ціль такі:

xk=50·(23)k,E[x]=50∑k=0∞e−ττkk!(23)k=50e−τ/3 T=1003e−τ/3,τ=1,5:T≈20,2

Якщо той самий натовп грає знову і кожен рахує від минулого середнього, а частка z одразу каже 0, ціль у раунді t спадає геометрично:

Tt=1003((1−z)e−τ/3)t→0
Глибшеузагальнення, теорія, історія

Шар «Глибше» приховано на всіх задачах.

Кейнс, 1936

Конкурс краси в газеті

У 12-му розділі «Загальної теорії зайнятості, процента і грошей» Джон Мейнард Кейнс порівняв професійне інвестування з тодішніми газетними конкурсами: зі ста фотографій треба обрати шість найгарніших облич, а приз отримує той, чий вибір найближчий до вибору всіх учасників разом. Обирати варто не тих, хто подобається вам, а тих, хто сподобається іншим.

Кейнс пише про «третій ступінь», коли ми вгадуємо, що середня думка очікує від середньої думки, і додає, що дехто практикує четвертий, п'ятий і вищі. Гра в 2/3 від середнього робить ці ступені вимірюваними: кожен ступінь множить число на 2/3.

Звідки гра

Від журнальної загадки до лабораторії

Першим таку гру, як вважають, запропонував французький журналіст Ален Леду: 1981 року в журналі Jeux & Stratégie вона була додатковим питанням конкурсу для читачів. 1986 року теоретик ігор Ерве Мулен навів її в підручнику як приклад раціоналізовних стратегій: тих, що лишаються, коли крок за кроком відкидають погані.

Розмарі Нагель 1995 року в American Economic Review першою провела гру як експеримент: групи з 15–18 студентів грали чотири раунди поспіль, переможець раунду отримував 20 марок. Вона показала, що вибір людей групується навколо 50·(2/3)k для k = 1, 2 і рідше 3, і запропонувала пояснення через глибину міркувань.

Газети, 1997

Три конкурси, майже 7 900 учасників

1997 року Річард Талер провів гру у Financial Times, а Антоні Бош-Доменек і Розмарі Нагель в іспанській діловій газеті Expansión, не знаючи одне про одного. Невдовзі Нагель і Райнгард Зельтен повторили її в німецькому журналі Spektrum der Wissenschaft. Переможні числа: 13, 16,99 і 14,7.

У всіх трьох найпопулярнішими були 33, 22 і рівновага 0 (або 1). Тобто натовп складався з тих, хто зробив один чи два кроки, і з тих, хто дійшов до кінця. Виграли ті, хто був між ними.

Рівні мислення

Модель, яка пояснює людей краще за рівновагу

Після Нагель економісти побудували моделі, де гравці роблять скінченну кількість кроків. У моделі когнітивної ієрархії Камерера, Хо і Чонга (2004) кількість кроків у людей розподілена за Пуассоном, і в багатьох іграх дані найкраще описує середнє близько 1,5 кроку. Раунд 3 спирається на спрощену версію цієї ідеї: на рівнях, як у Нагель.

Висновок моделей той самий, що й у грі: рівновага описує, куди натовп рухається, коли грає знову і знову, але не те, що він робить першого разу.

Раунд 5 · Масштабування

Від множника p до біржових бульбашок

Спершу математика (інший множник замість 2/3), потім логіка (думати про те, що думають інші про інших), потім практика (коли виходити з бульбашки, яку бачать усі).

1 · Математика: будь-який множник p
Рівновага–
Рівні 1, 2, 3–

Менше 1 — вниз до 0, більше 1 — вгору до 100

Для будь-якого p < 1 ланцюжок той самий, лише крок інший: при p = 1/2 кожен крок ділить число навпіл, а при p = 0,9 зрізає лише десяту частину. У Нагель гра з p = 1/2 мала середнє першого раунду 27,05, з p = 2/3 — 36,73.

При p = 1 виграє той, хто вгадає саме середнє: будь-яке спільне число стійке, і гра стає грою на домовленість. При p > 1 ланцюжок іде вгору, і рівновага — 100. Нагель перевірила і це: при p = 4/3 у третьому і четвертому раундах 100 назвали 59% і 68% гравців.

Середнє можна замінити медіаною: логіка вилучення та сама, і рівновага та сама. Для цілих чисел зі множником ближчим до 1 стійких рівноваг більше: при p = 0,9 ними є «усі кажуть 0, 1, 2, 3 або 4».

2 · Логіка: на скільки кроків думає натовп
Ви робите кроківВаше числоВідстань до цілі

Вгадати, що інші думають про інших

Якщо всі інші роблять j кроків, вони називають 50·(2/3)j, і ціль 50·(2/3)j+1. Це рівно число того, хто робить j + 1 кроків. Менше кроків — ви вище цілі, більше — нижче. Найкраще бути рівно на один крок попереду.

Звідси головна думка: розумність тут не абсолютна. Гравець, який думає на десять кроків, програє натовпу, що думає на один. Теоретики ігор називають ідеальний випадок спільним знанням раціональності: усі раціональні, усі знають, що всі раціональні, усі знають, що всі знають… Достатньо, щоб ланцюжок десь обірвався, і рівновага перестає передбачати гру.

3 · Практика: вийти з бульбашки на крок раніше

Іграшкова модель, а не порада: ціна росте на 1% на день, усі знають, що це бульбашка. Кожен планує день продажу від 0 до 100. Бульбашка лусне в день, що дорівнює 2/3 від середнього запланованого дня: тоді продажів стає забагато. Хто не встиг, втрачає половину.

Бульбашка лусне в день–
Продати напередодні–
Продати в день 00%

Кейнс писав саме про інвесторів

Кейнс придумав конкурс краси, щоб пояснити біржу: ціна залежить не від того, скільки компанія варта, а від того, що інші думають, що думатимуть інші. У бульбашці кожен знає, що ціна завищена, і кожен сподівається продати на крок раніше за натовп. Хто вийшов «раціонально» на самому початку, пропускає зростання. Хто чекав разом з усіма, втрачає.

Перевірка: якщо інші планують день 45, бульбашка лусне в день 30. Хто продає в день 29, заробляє 1,0129 − 1 ≈ 33%. Але це іграшка з відомою формулою. На справжньому ринку дня краху не знає ніхто, правило «на крок раніше» не працює гарантовано, і ця модель не є інвестиційною порадою.

Бонус · Цікаві факти

Що розповісти друзям

1936

Конкурс краси Кейнса

Ідея гри старша за саму гру. Кейнс описав газетний конкурс, де треба вгадати не найгарніші обличчя, а ті, що оберуть інші, і порівняв з ним біржу. Тому гру в 2/3 від середнього часто називають конкурсом краси.

1981

Мільярд як межа

Як вважають, вперше гра з'явилася у французькому журналі Jeux & Stratégie як додаткове питання конкурсу. Читачі мали назвати ціле число від 1 до мільярда, а виграло найближче до 2/3 від середнього.

36,73

Жодного нуля

У першому раунді досліду Нагель середнє було 36,73, і жоден студент не назвав 0. За чотири раунди числа помітно знизилися, але 0 так і не став найкращою відповіддю на те, що зробили інші.

13

Юрист проти дробів

У конкурсі Річарда Талера у Financial Times дозволили лише цілі числа: юрист газети вважав, що гра з дробами стане грою на чисту удачу, а такі в Британії заборонені. 1 476 читачів дали середнє 18,91, виграло 13, а призом були два авіаквитки з Лондона до Нью-Йорка чи Чикаго.

12–17

Три газети, один діапазон

Financial Times, Expansión і Spektrum der Wissenschaft провели гру 1997 року, загалом майже 7 900 учасників. Переможні числа 13, 16,99 і 14,7 лягли в діапазон від 12 до 17, хоча читачі були різні і з різних країн.

19 196

Данська газета

2005 року данська газета Politiken зібрала 19 196 відповідей. Переможне значення вийшло 21,6, а приз поділили п'ятеро. Це вище, ніж у трьох газетах 1997 року: натовп буває різним.

Обговорення

Що ви думаєте?

Поділіться своїм поясненням, запереченням чи варіантом задачі. Для коментаря потрібен акаунт GitHub.

Рівень «Шкільна математика» відповідає задачі?

Дякуємо! Це допоможе точніше ставити рівні.

Розсилка

Нові задачі, пояснення й обговорення

Я поступово додаю нові задачі, інші способи їх пояснити й розбори дискусій. Залиште email, і я напишу, коли з'явиться щось нове. Без спаму, відписатися можна в один клік.

Форма підписки з'явиться тут найближчим часом.