La première réunion accessible par le RER E
Un historique de toutes nos réunions
Nous avons mangé des pizzas soleil, campione, margarita (et non pas napolitaine) et calzone sans fromage,
une crème caramel, des profiteroles au chocolat, une mousse au chocolat et un tiramisu.
Nous avons bu de l'orangina, de la menthe à l'eau, un kir, et de la bière.
Le lemoncello était offert par la maison.
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À proprement parler, ce paradoxe n'est pas un paradoxe des probabilités,
c'est plutôt un paradoxe faisant intervenir des probabilités.
Je pense qu'il relève de la théorie des jeux, que je n'ai pas étudiée à l'école.
J'ai dû le découvrir en lisant la rubrique « récréations mathématiques » de
Pour la Science
ou similaire.
Je ne me souviens pas de l'explication complète, mais je me souviens au moins des
hypothèses de départ et du résultat final.
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La scène se passe dans le Far-West.
Trois individus s'affrontent dans un duel à trois (parfois assimilé à une
impasse mexicaine,
même s'il s'agit de quelque chose d'autre).
Non, il ne s'agit pas de
Blondin,
Sentenza
et Tuco,
mais cela y ressemble.
Et pour une fois je n'appellerai pas les protagonistes
Basile,
Geneviève
et Odilon,
mais Archie, Billy et Charlie.
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Les aptitudes des trois tireurs sont différentes. À cette distance,
Archie touche toujours sa cible, Billy a une probabilité de réussite de 80 %
et Charlie atteint sa cible une fois sur deux.
-
Il ne s'agit pas d'un duel où il faut
tirer plus vite que son ombre.
En fait, on définit un ordre de tir, tel que « BAC ».
Cela veut dire que dans un premier temps, Billy tire une balle sans que les autres
réagissent. Dans un deuxième temps, Archie, s'il est encore vivant, a le droit
de tirer une balle. Et c'est ensuite au tour de Charlie de pouvoir tirer une seule balle, bien entendu si lui
aussi est vivant. Si nécessaire, on reprend le cycle BAC au début.
L'ordre de tir n'est pas un événement aléatoire, c'est un paramètre choisi par un arbitre impartial.
La question est : qui a la probabilité la plus forte de survivre
pour les divers ordres de tir possibles ?
-
Commençons par examiner les duels. La probabilité de survivre à tel ou tel duel est :
Duel | A | B | C |
AB | 1 | 0 | |
AC | 1 | | 0 |
BA | 1/5 | 4/5 | |
BC | | 8/9 | 1/9 |
CA | 1/2 | | 1/2 |
CB | | 4/9 | 5/9 |
Une remarque sur le duel CB. Si chacun tire une seule balle, il y a une chance sur
dix que Billy et Charlie soient encore vivants. Mais le processus de duel est
itératif et ils peuvent donc tirer une deuxième balle, puis une troisième, etc.
Lorsqu'ils auront tous les deux vidé leur barillet de six cartouches, il y a
une chance sur un million,
exactement, qu'ils survivent. On suppose toutefois qu'ils ont des ressources
illimitées en munitions, ce qui fait que les probabilités finales, après un nombre
infini de cycles, sont 5/9 pour la survie de Charlie et 4/9 pour la survie de Billy.
Le même raisonnement s'applique au duel BC, avec une probabilité finale de 8/9 pour Billy
et une probabilité de 1/9 pour Charlie.
-
Examinons maintenant les « duels à trois » où c'est Archie qui tire
le premier. Je présente les données dans un tableau en art-ASCII, principalement
parce que les attributs
rowspan
de HTML sont assez pénibles
à utiliser, beaucoup plus que colspan. Une raison annexe
est que cela me permet de représenter des traits horizontaux d'importances différentes,
en utilisant des lignes de « = » ou des lignes de tirets.
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Tout d'abord, lorsqu'Archie est le premier à tirer. Les probabilités sont
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
ABC A → B CA 1/2 0 1/2
----------------------------------------------------------------------------
A → C BA 1/5 4/5 0
=====================================================================================
ACB A → B CA 1/2 0 1/2
----------------------------------------------------------------------------
A → C BA 1/5 4/5 0
=====================================================================================
La colonne « Rés. interm. », au cas où vous ne l'auriez pas deviné,
donne le résultat intermédiaire, c'est-à-dire la nouvelle situation après le premier coup de feu.
Archie cherchant à survivre le mieux possible, il va choisir dans les deux cas de tirer
sur Billy plutôt que sur Charlie. Cela simplifie le tableau ainsi :
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
ABC A → B CA 1/2 0 1/2
=====================================================================================
ACB A → B CA 1/2 0 1/2
=====================================================================================
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Examinons les cas où Billy est le premier à tirer. C'est un peu plus délicat,
car il n'est pas certain que le coup porte. Cela implique donc un calcul
de probabilités. De plus, comme on ne connaît pas les probabilités finales
du résultat intermédiaire CAB, on est obligé de calculer avec un intervalle.
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
BAC B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
ACB (1/5) 1/10 0 1/10
total 1/10 16/45 49/90
----------------------------------------------------------------------------
B → C AB (4/5) 4/5 0 0
ACB (1/5) 1/10 0 1/10
total 9/10 0 1/10
=====================================================================================
BCA B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
CAB (1/5) 0 à 1/5 0 à 1/5 0 à 1/5
total 0 à 1/5 16/45 à 5/9 4/9 à 29/45
----------------------------------------------------------------------------
B → C AB (4/5) 4/5 0 0
CAB (1/5) 0 à 1/5 0 à 1/5 0 à 1/5
total 4/5 à 1 0 à 1/5 0 à 1/5
=====================================================================================
Ici, la décision appartient
à Billy, donc c'est Billy qui cherche à optimiser ses chances de survie. Par exemple,
dans le cas BCA, Billy préférera une probabilité de 16/45 (ou plus) à une probabilité
de 1/5 (ou moins). Billy choisira donc de tirer sur Archie. Le tableau est donc simplifié ainsi :
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
BAC B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
ACB (1/5) 1/10 0 1/10
total 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
BCA B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
CAB (1/5) 0 à 1/5 0 à 1/5 0 à 1/5
total 0 à 1/5 16/45 à 5/9 4/9 à 29/45
=====================================================================================
-
Maintenant, prenons les cas où Charlie tire le premier.
Le tableau avant décision donne :
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
CAB C → A BC (1/2) 0 4/9 1/18
ABC (1/2) 1/4 0 1/4
total 1/4 4/9 11/36
----------------------------------------------------------------------------
C → B AC (1/2) 1/2 0 0
ABC (1/2) 1/4 0 1/4
total 3/4 0 1/4
=====================================================================================
CBA C → A BC (1/2) 0 4/9 1/18
BAC (1/2) 1/20 8/45 49/180
total 1/20 28/45 59/180
----------------------------------------------------------------------------
C → B AC (1/2) 1/2 0 0
BAC (1/2) 1/20 8/45 49/180
total 11/20 8/45 49/180
=====================================================================================
La décision semble claire. Dans le cas CAB, il vaut mieux tirer sur A que sur B, car
11/36 est meilleur que 1/4 et dans le cas CBA également il vaut mieux tirer sur A
que sur B, car 59/180 est préférable à 49/180. Le cas est réglé. Éh bien non, le
cas n'est pas réglé. Charlie peut
procéder autrement
et tirer en l'air. Voici ce que donne le tableau
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
CAB C → A BC (1/2) 0 4/9 1/18
ABC (1/2) 1/4 0 1/4
total 1/4 4/9 11/36
----------------------------------------------------------------------------
C → B AC (1/2) 1/2 0 0
ABC (1/2) 1/4 0 1/4
total 3/4 0 1/4
----------------------------------------------------------------------------
C → ∅ ABC 1/2 0 1/2
=====================================================================================
CBA C → A BC (1/2) 0 4/9 1/18
BAC (1/2) 1/20 8/45 49/180
total 1/20 28/45 59/180
----------------------------------------------------------------------------
C → B AC (1/2) 1/2 0 0
BAC (1/2) 1/20 8/45 49/180
total 11/20 8/45 49/180
----------------------------------------------------------------------------
C → ∅ BAC 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
Le tableau après décision est donc :
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
CAB C → ∅ ABC 1/2 0 1/2
=====================================================================================
CBA C → ∅ BAC 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
-
Synthèse, le tableau complet après décision est :
=====================================================================================
Duel Décision Rés. interm. Survie finale : A B C
=====================================================================================
ABC A → B CA 1/2 0 1/2
=====================================================================================
ACB A → B CA 1/2 0 1/2
=====================================================================================
BAC B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
ACB (1/5) 1/10 0 1/10
total 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
BCA B → A CB (4/5) 0 16/45 4/9
CAB (1/5) 1/10 0 1/10
total 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
CAB C → ∅ ABC 1/2 0 1/2
=====================================================================================
CBA C → ∅ BAC 1/10 16/45 49/90
=====================================================================================
et on voit ainsi que Charlie a toujours au moins une chance sur deux
de survivre et donc que c'est paradoxalement le plus mauvais tireur qui a
la meilleure espérance de vie.
-
Au début, j'ai écrit que l'ordre de tir initial, « BAC » ou autre,
était un paramètre choisi par un arbitre impartial. Cela permet d'éviter
une accumulation de probabilités qui obscurcit les explications sans
apporter de bénéfice réel. Toutefois, si d'aventure vous rencontrez ce problème
avec l'hypothèse que la situation initiale est aléatoire, commencez vos explications
par :
Dans un premier temps, nous faisons comme si la situation initiale est choisie
par un arbitre impartial.
Puis reprenez toutes les explications ci-dessus et terminez avec :
En revenant sur le problème de départ, où la situation est tirée aléatoirement,
le tableau permettant de calculer les probabilités de survie est :
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Duel probabilité Décision Survie finale : A B C
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ABC 1/6 A → B 1/12 0 1/12
ACB 1/6 A → B 1/12 0 1/12
BAC 1/6 B → A 1/60 16/270 49/540
BCA 1/6 B → A 1/60 16/270 49/540
CAB 1/6 C → ∅ 1/12 0 1/12
CBA 1/6 C → ∅ 1/60 16/270 49/540
total 3/10 8/45 47/90
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