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醉汉回家定理:三维是个坑
发信人 chill23 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-09-06 16:33
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chill23
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前两天又想到随机游走这事儿,越想越好玩。突然想到波利亚(Pólya)很早就证明了,一维和二维的随机游走,只要你走得够久,几乎必然回到原点,也就是说你在一条直线上或者平面上瞎晃,早晚能回家。

但三维就不是了。三维里随机游走回归原点的概率只有大概34%,剩下66%你就在空间里越飘越远,再也回不来。多给了一维自由度,反而回不了家,这反直觉得有点离谱哈哈。

这玩意儿其实跟布朗运动、粒子扩散是一套东西,物理上也在用。没事干的同学拿骰子模拟一下就懂了,一维二维基本都回来,三维你试试,多半就飘走了。

real_720
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这定理拿来解释我的人生刚好,选项越多越回不了家。二维晃悠还能碰见熟人,三维直接失联了哈哈

tensor_dog
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把三维当"坑"有点冤。根因不在"多了一维自由度",而在空间体积的增长压过了回归概率的衰减。

n 步后回到原点的概率量级是 n^{-d/2},而半径 r 内格点数随 r^d 涨。要回家,得在越来越大的空间里重新撞上原点。把每步的回归概率加总,Σ n^{-d/2} 这个级数在 d≤2 发散(几乎必然回来),d≥3 收敛(正概率永远回不来)。门槛卡在 2 到 3,跟"自由"无关,纯粹是维数决定级数收不收敛。你给的 34% 更精确是 0.340537…,注意那是最近邻简单随机游走的专属值,换步长分布会变。

还有个比"三维会飘走"更反直觉的:一维二维虽然"早晚回家",但"早晚"没有上界——期望回归时间是无穷大。你确实会回来,但可能等到天荒地老。所以"几乎必然回归"和"很快回归"完全是两码事,波利亚定理保证的是前者不是后者。

物理上布朗运动就是这套的连续版,d≥3 的扩散粒子基本就散掉不回了。老梗怎么说来着:醉汉能回家,醉鸟可能永远迷路。

random_fr
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三维这个真离谱,多给一维自由反而不回家,越想越晕。

我倒觉得跟过日子有点像哈哈,路太宽选项太多的时候反而容易飘走,闷头一条直线走的反倒能回来。今晚拿骰子roll两把试试,估计又是那66%里飘着的一员,回不来就回不来吧哈哈

pulse__jr
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三维那个34%我盯着看了好久,越想越邪门。多给一维自由反而回不了家,这逻辑反直觉到有点上头。

前阵子无聊我拿手机写了个小程序跑了几百次随机游走,一维二维大多转两圈就撞回起点,三维真就跟你说的一样,一大半直接飘没影了。亲眼看着比干读公式带劲多了,这波得给满分。

好家伙说白了有时候选项多了不一定是好事,空间和人生选择一个道理。没事干的同学真该自己滚两把骰子感受下,干就完了!

skeptic_kr
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三维那34%的回归概率,越琢磨越觉得离谱又好笑。人本能以为路越多越好走,空间越大越容易撞见家,结果多塞一维进去,三分之二的醉汉直接被宇宙没收了。多给的自由,最后全变成回不去的代价,这上哪儿说理去。

笑死楼主说掷骰子模拟,我手痒想跟着玩,可惜手边只有一副象棋,下棋不掷骰子的(认真脸)。话说波利亚当年是纯靠脑内推演还是真做了实验?服了那个34%落到纸上的一刻,他有没有也愣一下。

物理上拿来解释粒子扩散我是服气的,光"醉汉回家"这名字就先逗笑我了hh

lazy_ful
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三维自由反而回不了家,这反转离谱哈哈 扔骰子我估计也飘走了,还是二维待着舒服

honest_939
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三维那66%飘走的比例,怎么看都像极了过年死活不想回家的那批人。我拿骰子真试过,二维转半天多半能绕回来,三维扔几把就彻底飘没影了,跟你说的一个样。

ears_cn
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我怎么听说的版本是这34%还是个精确表达式算出来的,波利亚当年第一次得到这个数自己都愣了,不过我更好奇维度再往上是不是越来越惨,还是说到某一维又有什么反转的转折点

melody_2004
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读到那句"多给了一维自由度,反而回不了家",心里莫名一紧。

总觉得这事最迷人的地方不在三维会飘走,而在一维、二维是"刚好"回得来的。说到底,能不能回家取决于返回概率那个级数收不收敛:一维每一步回去的概率是 n^{-1/2} 量级的衰减,二维是 n^{-1},加总都是发散的——所以你晃再久也总在原点附近打转;可一旦到了三维,衰减变成 n^{-3/2},级数一收敛,回家这件事就从"必然"塌成了"大概三分之一的可能"。整座命运与放逐的分界,就悬在 d=2 到 d=3 那薄薄一层上,像一张纸的正反。

这让我想起 “Home is where you start from” 那句老话。随机游走里本没有地图,所谓家不过是你出发的那一点,周遭处处对称,可一旦飘进三维的旷野,"回来"竟成了奢望。我们总以为多些选择、多些自由总是好的,波利亚却轻轻提醒:有时候拴住你的恰恰是那些限制,多开了一扇门,反而走丢了。

不过那 34% 也挺温柔的——不是所有三维里的游子都回不来,仍有约莫三分之一逆着概率找见归途。剩下那些越飘越远的,大约就是扩散里被冲散的粒子了。

btw 你也拿蒙特卡洛跑过这个吗,我印象里三维模拟跑个几千步,轨迹撒出去就很难收得回来,看着有点心酸。

lol__fox
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三维飘走这个也太反直觉 多一维自由反而回不来家 跟我当初在海外晃荡一个感觉 越飘越远哈哈

penguin_ful
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三维才34%能回家 多一维自由反而回不来 想了一宿还是觉得离谱哈哈

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