Математичні парадокси

Парадокс Ньюкомба Провидець уже вирішив, що лежить у скриньці B. Що ви візьмете?Обидві відповіді чесні, але на різні питання.

На столі дві скриньки. У прозорій A видно $1 000. Закрита B або порожня, або в ній $1 000 000. Що в B, учора вирішила програма-провидець, яка вгадала вибір 990 людей із 1000: якщо вона передбачила, що ви візьмете лише B, то поклала туди мільйон, а якщо обидві скриньки, лишила B порожньою. Тепер уміст уже не зміниться. Ви берете лише B чи обидві? Зафіксуйте вибір, а потім зіграйте з провидцем.

Хто бере лише B, той у середньому виносить $990 000, а хто бере обидві, лише $11 000: провидець рідко помиляється. Але гроші на столі вже або лежать, або ні, і хоч би що було в B, скринька A додає ще $1 000. Обидва розрахунки правильні. Перший питає, що ваш вибір каже про вміст скриньки, другий питає, що ваш вибір у ній змінює. Тому люди й діляться майже навпіл: у великому опитуванні The Guardian 53,5% проти 46,5%.

Зробити вибір
$990 000лише B, у середньому
$11 000обидві, у середньому
+$1 000обидві до тих самих скриньок
Умова задачі

Дві скриньки і провидець

Цю задачу придумав фізик Вільям Ньюкомб, а першим розібрав філософ Роберт Нозік. Відтоді вона ділить філософів, економістів і просто читачів на два табори, і кожен табір певен, що відповідь очевидна.

  1. 1

    Провидець

    Це програма, яка вже зіграла в цю гру з 1000 людьми і правильно передбачила вибір 990 з них, тобто в 99% випадків. Як саме вона це робить, неважливо: вона просто дуже добре знає людей.

  2. 2

    Дві скриньки

    Скринька A прозора, у ній лежить $1 000. Скринька B закрита, і що в ній, не видно.

  3. 3

    Учорашній прогноз

    Учора, ще до вашого приходу, провидець передбачив ваш вибір. Якщо він вирішив, що ви візьмете лише B, то поклав у неї $1 000 000. Якщо вирішив, що візьмете обидві, лишив B порожньою.

  4. 4

    Ваш вибір

    Тепер уміст скриньок уже не зміниться. Ви можете взяти або лише скриньку B, або обидві, A і B. Що ви візьмете?

Інтуїція підказує

«Тут же все очевидно»

Більшість людей знає відповідь одразу і дивується, як можна думати інакше. Зверніть увагу, яка відповідь здається очевидною вам, і чому.

Роберт Нозік помітив дивну річ: майже кожному відповідь здається очевидною, але люди діляться майже навпіл, і кожна половина вважає, що друга просто не подумала. Насправді обидві «очевидні» відповіді спираються на правильний розрахунок, лише на різний.

Що ми припускаємо

  • Ніхто не шахраює: гроші справжні, і провидець не підкидає мільйон після вашого вибору й не забирає його.
  • Вам важливі лише гроші: більше завжди краще.
  • Провидець не може змінити вміст B, коли ви вже обрали. Усе вирішено вчора.
  • Підкинути монетку не вийде. Якщо провидець бачить, що ви покладаєтеся на жереб, він лишає B порожньою. Це класична умова задачі.
Раунд 1 · Ваш вибір

Лише B чи обидві?

Підступу в умові немає. Просто вирішіть, як вчинили б ви, коли стоїте перед цими скриньками, і зафіксуйте вибір, перш ніж читати далі.

Відповідь зараховується одразу після кліку. Передумати можна, але в статистику піде перший вибір.

Тут з'явиться, як обирають інші люди і що каже ваш вибір.

Підказки

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

Далі розв'язок

Далі пояснення, і в ньому спойлери

Наступні раунди показують, чому кожен табір має свою правду: гра зі справжнім провидцем, 100 000 ігор і пояснення. Спершу зробити вибір у раунді 1 чи йти далі?

Ви обрали завжди показувати всі раунди.

Раунд 2 · Гра

20 ігор зі справжнім провидцем

Цей провидець не всевідущий, але й не вгадує навмання. Перед кожною грою він дивиться на ваші попередні вибори: що ви найчастіше обирали після таких самих чотирьох останніх ходів, і ставить на це. Прогноз запечатано в скриньці B ще до вашого кліку. Спробуйте бути непередбачуваним або, навпаки, послідовним і подивіться, коли виносите більше.

Кожна клітинка означає гру: синя для «лише B», руда для «обидві». Заповнена, якщо провидець угадав, порожня, якщо помилився.

Рахунок серії

Раунд 3 · Симуляція

100 000 ігор, два погляди на ті самі гроші

Комп'ютер грає 100 000 разів. Кожен гравець навмання бере лише B або обидві, провидець угадує його вибір з точністю p і заповнює скриньку B. Посуньте повзунок точності. Ліворуч порівнюємо гравців між собою, праворуч порівнюємо два можливі вибори для тих самих скриньок.

Хто йде додому багатшим

лише B: p · 1 000 000 обидві: 1 000 + (1 − p) · 1 000 000

Та сама скринька, інший вибір

Лише B, у середньому
–
Обидві, у середньому
–
Середні рівні при точності
50,05%
трохи краще за монетку
«Обидві» до тих самих скриньок
–

Обидві картинки побудовано з тих самих ігор. Ліворуч: що точніший провидець, то більше виносять ті, хто бере лише B, і то менше ті, хто бере обидві. Лінії перетинаються при p = 50,05%: якщо провидець угадує хоч трохи частіше, ніж монетка, «лише B» в середньому вигідніша. Праворуч: якщо взяти будь-яку з цих ігор і, не чіпаючи скриньок, поміняти вибір гравця на «обидві», він щоразу отримав би рівно на $1 000 більше. Точки ліворуч показують симуляцію по 20 000 ігор на кожну точність, кружки показують 100 000 ігор для обраної.

Після вашої відповіді тут з'явиться код симуляції, який можна запустити в себе.

Перевірте самі в коді

Та сама симуляція коротко і без бібліотек. JavaScript запускається в консолі браузера (F12) або в Node, Python потребує лише стандартної бібліотеки.

JavaScript
// Парадокс Ньюкомба: 100 000 ігор з провидцем, що вгадує з точністю p
const N = 100000, A = 1000, M = 1000000;

for (const p of [0.9, 0.5]) {
  const sum = { one: 0, two: 0 }, cnt = { one: 0, two: 0 };
  let plus = 0;
  for (let i = 0; i < N; i++) {
    const choice = Math.random() < 0.5 ? 'one' : 'two';          // гравець обирає навмання
    const right = Math.random() < p;                             // провидець угадав?
    const said = right ? choice : (choice === 'one' ? 'two' : 'one');
    const B = said === 'one' ? M : 0;                            // учора: мільйон у B лише для «лише B»
    const win = choice === 'one' ? B : A + B;
    sum[choice] += win; cnt[choice]++;
    const gain = (A + B) - B;                                    // ті самі скриньки: «обидві» мінус «лише B»
    if (gain === A) plus++;
  }
  console.log(`p = ${p * 100}%`);
  console.log(`  лише B:  ${Math.round(sum.one / cnt.one)}   точно ${Math.round(p * M)}`);
  console.log(`  обидві:   ${Math.round(sum.two / cnt.two)}   точно ${Math.round(A + (1 - p) * M)}`);
  console.log(`  ігор, де «обидві» дають рівно +1000 до тих самих скриньок: ${(100 * plus / N).toFixed(1)}%`);
}
Python
# Парадокс Ньюкомба: 100 000 ігор з провидцем, що вгадує з точністю p
import random

N, A, M = 100_000, 1000, 1_000_000

for p in (0.9, 0.5):
    total = {"one": 0, "two": 0}
    count = {"one": 0, "two": 0}
    plus = 0
    for _ in range(N):
        choice = random.choice(("one", "two"))                   # гравець обирає навмання
        right = random.random() < p                              # провидець угадав?
        said = choice if right else ("two" if choice == "one" else "one")
        B = M if said == "one" else 0                            # учора: мільйон у B лише для «лише B»
        win = B if choice == "one" else A + B
        total[choice] += win
        count[choice] += 1
        if (A + B) - B == A:                                     # ті самі скриньки: «обидві» мінус «лише B»
            plus += 1
    print(f"p = {p:.0%}")
    print(f"  лише B:  {total['one'] / count['one']:.0f}   точно {p * M:.0f}")
    print(f"  обидві:   {total['two'] / count['two']:.0f}   точно {A + (1 - p) * M:.0f}")
    print(f"  ігор, де «обидві» дають рівно +1000 до тих самих скриньок: {100 * plus / N:.1f}%")
Раунд 4 · Пояснення

Два правильні розрахунки

У більшості задач на цьому сайті інтуїція помиляється, а розрахунок її виправляє. Тут розрахунків два, обидва без помилок, і вони дають різні відповіді. Тому суперечка й триває понад пів століття.

На пальцяхкартинки, аналогії, маленькі числа

Шар «На пальцях» приховано на всіх задачах.

Коротко

Дві чесні відповіді

«Лише B»: подивіться, хто вже зіграв

Хто брав лише B, той майже завжди йшов додому з мільйоном. Хто брав обидві, той майже завжди йшов з тисячею: провидець передбачав це і лишав B порожньою. Хочете піти з мільйоном, робіть як перші.

«Обидві»: подивіться на стіл зараз

Гроші вже або лежать у B, або ні. Якщо лежать, обидві скриньки дають $1 001 000 замість $1 000 000. Якщо ні, $1 000 замість нуля. Хоч так, хоч так, скринька A додає $1 000.

Обидва міркування правильні, бо відповідають на різні питання: «з чим зазвичай ідуть додому такі, як я?» і «що зміниться, якщо я зараз візьму ще й A?». Це коротка версія. Картки нижче розбирають кожну сторону в найсильнішій формі.

За дві скриньки

Друг бачить усередину

$1 000 ? «бери обидві!»

Уявіть, що задня стінка скриньки B прозора і за нею стоїть ваш друг. Він бачить, чи є там мільйон, але сказати не може, лише крикнути пораду. Якщо мільйон там, друг крикне «бери обидві!»: вийде $1 001 000. Якщо там порожньо, він теж крикне «бери обидві!»: краще $1 000, ніж нічого.

Друг, який бачить усе, за будь-якого вмісту радить одне й те саме. Чи варто йти проти поради, яку дав би той, хто знає більше за вас? Це найсильніша форма аргументу за дві скриньки: ваш вибір нічого не кладе в B і нічого звідти не забирає.

За одну скриньку

Що ваш вибір каже про вас

Ваш вибір не рухає грошей. Але вчора провидець дивився саме на вас: на те, як ви думаєте і що обираєте. Якщо зараз вас тягне взяти обидві, то, найімовірніше, саме це він і побачив, і B порожня. Якщо ви з тих, хто бере лише B, то, найімовірніше, він побачив і це, і мільйон уже там.

Тож вибір працює як свідчення: він не змінює вмісту скриньки, але дуже добре його передбачає. Із провидцем, що вгадує 99%, ті, хто бере лише B, у 99 випадках зі 100 знаходять там мільйон. Друг за скринькою бачить одну конкретну гру, а вам треба обрати, яким гравцем бути. Це найсильніша форма аргументу за одну скриньку.

Строготаблиці, графіки, формули

Шар «Строго» приховано на всіх задачах.

Таблиця виграшів

Чотири можливі результати

Провидець передбачивВи берете лише BВи берете обидві
«лише B»: у B мільйон$1 000 000$1 001 000
«обидві»: B порожня$0$1 000

Подивіться на рядки: у кожному права клітинка більша на $1 000. Це аргумент «обидві». А тепер на виділену діагональ: провидець майже завжди потрапляє саме в неї, і на діагоналі ліва верхня клітинка в тисячу разів більша за праву нижню. Це аргумент «лише B».

Два розрахунки

Свідчення чи причина

Якщо вибір є свідченням. Провидець угадує з імовірністю p. Хто бере лише B, у частці p ігор знаходить мільйон: у p · 1 000 000. Хто бере обидві, отримує 1 000 і мільйон лише тоді, коли провидець помилився: 1 000 + (1 − p) · 1 000 000. За p = 99% це 990 000 проти 11 000.

Якщо вміст уже зафіксовано. Нехай мільйон лежить у B з якоюсь імовірністю q, і ваш вибір її не змінює. Тоді лише B дає q · 1 000 000, а обидві дають q · 1 000 000 + 1 000. Обидві виграють за будь-якого q.

Перший підхід називають евіденційною теорією рішень (evidential decision theory): вибір оцінюють за тим, що він свідчить про світ. Другий називають каузальною (causal decision theory): вибір оцінюють за тим, що він у світі змінює. Задача Ньюкомба є найвідомішим місцем, де вони розходяться.

Для тих, хто любить формули

Межа точності і два сподівання

A — сума у прозорій скриньці, M — мільйон у закритій, p — імовірність, що провидець угадає. Сподіваний виграш, якщо вибір вважати свідченням:

E[виграш∣лише B]=pM E[виграш∣обидві]=A+(1−p)M

«Лише B» вигідніша, коли перше більше за друге:

pM>A+(1−p)M ⟺p>1+A/M2=1,0012=50,05%

Якщо вибір на вміст не впливає і мільйон лежить у B з імовірністю q, то за будь-якого q:

E[обидві]−E[лише B] =(qM+A)−qM=A

Різниця між двома розрахунками в одній деталі. У першому ймовірність мільйона залежить від вашого вибору: p, якщо ви берете лише B, і 1 − p, якщо обидві. У другому вона та сама q для обох виборів. Обидва записи коректні, суперечка в тому, яку ймовірність слід підставляти, коли обираєш.

Глибшеузагальнення, теорія, історія

Шар «Глибше» приховано на всіх задачах.

Історія

Фізик придумав, філософ надрукував

Задачу придумав фізик Вільям Ньюкомб з Лабораторії Лоуренса в Ліверморі близько 1960 року, але сам про неї нічого не опублікував. 1969 року філософ Роберт Нозік надрукував перший розбір, статтю «Newcomb's Problem and Two Principles of Choice» у збірнику на честь Карла Гемпеля. Два принципи в назві — це якраз два наші розрахунки.

Широкої слави задачі додав Мартін Ґарднер: у липні 1973 року вона вийшла в його колонці в Scientific American, а в березні 1974-го він надрукував Нозіків огляд листів, які надіслали читачі.

Дилема в'язня

Гра проти власної копії

1979 року Девід Льюїс у статті в Philosophy & Public Affairs показав, що дилема в'язня є задачею Ньюкомба. Уявіть, що ви граєте не з чужою людиною, а зі своєю точною копією, яка думає так само, як ви. Зрадити вигідніше за будь-якого ходу копії, як узяти обидві скриньки вигідніше за будь-якого вмісту B. Але якщо ви співпрацюєте, то, найімовірніше, співпрацює і копія, як провидець, що бачить у вас «лише B».

Як люди й програми грають у повторювану дилему в'язня, видно в турнірі Аксельрода.

Третя відповідь

Обирайте алгоритм, а не дію

2017 року Елієзер Юдковський і Нейт Соарес запропонували функціональну теорію рішень. Провидець передбачає вас, по суті відтворюючи у себе ваш спосіб міркувати. Тож обирайте так, ніби обираєте не одну дію, а сам цей спосіб, а з ним і те, що побачив провидець. Такий агент бере лише B, хоча й погоджується, що в цій конкретній грі A додала б $1 000.

Раунд 5 · Ускладнюємо

Скільки має коштувати скринька A, щоб передумати?

У класичній задачі A коштує тисячу, а B мільйон, тож для «лише B» досить провидця, що вгадує трохи частіше за монетку. Змінюйте суми і точність і дивіться, де проходить межа. А потім від чисел до ідеї, яка за ними стоїть, і до того, де вона трапляється в житті.

Межа для будь-яких сум

Межа точності
Лише B, у середньому
Обидві, у середньому

Узагальнення

Одна межа на всі суми

Лише B у середньому дає p · M, обидві дають A + (1 − p) · M. Перше більше, коли p > (1 + A/M)/2. Що дорожча прозора скринька порівняно із закритою, то точнішим має бути провидець, щоб «лише B» окупилася.

За класичних $1 000 проти мільйона межа 50,05%. Якщо в A лежить $500 000, межа вже 75%. Якщо в A стільки ж, скільки в B, межа сягає 100%: навіть бездоганний провидець дає лише нічию, і обидві скриньки не гірші. А аргумент «обидві» від сум не залежить зовсім: для тих самих скриньок A завжди додає рівно A.

Логіка

Вигідно бути тим, хто бере одну

У цій задачі платять не за вчинок, а за характер, який провидець у вас побачив. Бути людиною, що бере лише B, вигідно, хоча в момент вибору друга скринька додала б $1 000. Це ідея попереднього зобов'язання: прив'язати себе до рішення заздалегідь, поки воно ще може на щось вплинути.

Одіссей звелів прив'язати себе до щогли, щоб пропливти повз сирен. Він знав, що в потрібну мить захоче звернути, і заздалегідь забрав у себе цей вибір.

Автостопник Парфіта

Дерек Парфіт у книжці «Reasons and Persons» (1984) описав автостопника, що застряг у пустелі. Водій, який добре читає людей, підвезе його до міста, лише якщо повірить, що там автостопник йому заплатить. У місті платити вже невигідно: він урятований, і гроші нічого не змінять. Але той, хто думає «у місті не заплачу», лишається в пустелі.

Це та сама задача Ньюкомба: водій є провидцем, порятунок є мільйоном, а гроші, які можна не віддати, є скринькою A.

Де це трапляється

Задачу Ньюкомба легко впізнати: хтось вирішує, як із вами повестися, за прогнозом вашої поведінки, і прогноз цей добрий. Тоді важить не окремий вчинок, а правило, за яким ви дієте. Томас Шеллінг у книжці «The Strategy of Conflict» (1960) описав зобов'язання як стратегічний хід: заздалегідь обмежити себе буває сильніше, ніж зберегти свободу вибору. Перевірити, наскільки ви передбачувані, можна в раунді 2: такий самий оракул Скотта Ааронсона вгадував 70–80% виборів людей, які намагалися його перехитрити.

СитуаціяХто тут провидецьПолітика «лише B»
Держава і викрадачі заручниківВикрадачі, які зважують, чи заплатять за заручників«Ми не ведемо переговорів з терористами». Діє, лише якщо в це вірять заздалегідь: тоді викрадати менш вигідно, хоча кожного конкретного заручника врятувати хочеться понад усе.
Батьки і дитинаДитина, яка швидко вчиться, чи виконують батьки сказанеВиконувати обіцяне навіть тоді, коли саме сьогодні простіше поступитися. Поступка виграє сьогоднішню тисячу, а програє мільйон довіри.
Магазин з гарантією «повернемо гроші без питань»Покупці, які вирішують, чи довіряти гарантіїПовертати гроші й тоді, коли конкретний випадок збитковий: інакше гарантія нічого не варта, і покупці це передбачать.
Стрічка новин, рекомендації в магазиніАлгоритм, що прогнозує ваші кліки й покупки за минулою поведінкоюПам'ятати, що вас уже передбачили: вам показують те, на що ви, найімовірніше, клюнете. Що передбачуваніші ваші звички, то точніший прогноз.

Інші задачі, де розрахунок упирається в те, яке саме питання ставимо: Спляча красуня, парадокс Бертрана, два конверти. А про те, як раціональність у грі може коштувати грошей обом гравцям, дилема мандрівника.

Бонус · Цікаві факти

Що розповісти друзям

1969

Парадокс Ньюкомба без Ньюкомба

Вільям Ньюкомб був фізиком у Лабораторії Лоуренса в Ліверморі і задачу так і не опублікував. Надрукував її філософ Роберт Нозік 1969 року, але назвав на честь автора.

1973 → 1974

Друга колонка Ґарднера

Після колонки Мартіна Ґарднера в Scientific American у липні 1973 року прийшло стільки листів, що в березні 1974-го він надрукував другу, де Нозік розібрав відповіді читачів.

31 854

Голоси читачів The Guardian

2016 року Алекс Беллос запропонував задачу читачам The Guardian. Проголосували 31 854 людини, і 53,5% з них узяли лише B.

39 : 31

Філософи беруть обидві

В опитуванні PhilPapers 2020 року філософи, знайомі з задачею, частіше обирали дві скриньки: 39% проти 31%. Серед фахівців з теорії рішень перевага ще більша: 73% проти 21%.

70–80%

Оракул Ааронсона

Скотт Ааронсон написав просту програму, яка вгадує, яку з двох клавіш людина натисне далі, за її попередніми натисканнями. Вона вгадувала 70–80% натискань людей, які щосили намагалися бути випадковими.

1979

В'язень і його копія

Девід Льюїс показав, що дилема в'язня, зіграна проти власної копії, є задачею Ньюкомба, тож хто бере обидві скриньки, той мусить і зраджувати свого двійника.

Paradoxes from A to Z

Майкл Кларк

2002, англійською

Усі книжки →
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.