發布時間: 2024.11.08
作者:郭君逸 副教授(國立臺灣師範大學數學系)
麥當勞近年最火熱的活動之一,不外乎就是10/23到11/19的《獵人》系列。活動還沒開始,就發生了網紅被炎上事件,可見大家對其瘋狂的程度。
除了各種《獵人》插畫包裝、撲克牌(Book牌)外,討論度最高的當屬《獵人》角色盲卡包。那麼,究竟要花多少錢才能收集完整一套呢?
從一個簡單的例子說起
關渡宮與台北捷運合作,在關渡站和西門站推出了「發」、「財」、「金」三種圓形票卡。假設每張票卡售價100元,且三種票卡的出現機率均等(每種1/3),那麼大概需要買幾張才能湊一套呢?
這個問題不難解。第一張票卡不論買到哪種都是新的,接下來,第二張與第一張不同的機率為2/3,根據高中統計中的「幾何分布」,平均需再購買1.5張(即3/2張)才會抽到不同的第二張。接著,第三種票卡的出現機率為1/3,因此還需再購買3張左右。總共加起來就是1 + 3/2 + 3 = 5.5張,即平均要買5.5張才能收集到一套。
所以買了五張後才湊齊的人別氣餒,你已經算人品爆棚了!
彩券蒐集問題
在一般情況下,若有 𝑛 種隨機物品需要收集,則平均需購買的數量為
這就是著名的「彩券蒐集問題」(Coupon Collection Problem)。
套用到麥當勞的《獵人》盲卡包,共有25種卡片。如果每種卡片的出現機率均為1/25,那麼預計需購買 25(1+1/2+1/3+⋯+1/25) ≈ 95.4 張才能收集到一套。
學過微積分的讀者可能覺得上面這個式子有點眼熟,沒錯,括號裡就是那個不收斂的調和級數。不過,當 n 很大時,我們可以用以下的調和級數漸近式進行估計
上面獵人盲卡包的答案,用漸近式算一下,25×log(25)+25γ+0.5≈95.4,是一致的。
不過,仔細的讀者可能會發現,實際上《獵人》盲卡包中各種卡片的出現機率並不相同,這樣算明顯不對。若有隱藏版卡片出現機率較低,蒐集一整套卡片就更具挑戰性。
機率不均勻的彩券蒐集問題
翻了一下大學統計的課本[1],這個問題也早有解答。若𝑁種物品,每個出現機率是𝑝_𝑖,且∑𝑝_𝑖=1,則要湊滿一套所需買的數量期望值為
例如:擲兩枚硬幣,要兩正、兩反、一正一反都出現過,即𝑝_1=𝑝_2=1/4,𝑝_3=1/2,則依此公式計算可得到湊齊三種可能的投擲次數期望值為
麥當勞《獵人》盲卡包實測結果呢?
再回到麥當勞獵人盲卡包,25種牌,發生的機率為何呢?這個官方沒有公布。
(話說,線上遊戲抽卡都要公布每張的機率了,為什麼實體盲卡包不用公布?!)
根據網友「mingjuiscool」的統計以及「jesse_wei1034」的分析 [2],推測這25張卡片的出現機率分配如下:
12張R卡(銅卡):5%
6張SR卡(銀卡):4%
6張SSR卡(金卡):2.5%
1張SSR大傑(金卡):1%
然後代入公式就可以了……
…………
…………
開什麼玩笑,25個p值,要把任意k個相加的值都算出來,總共有2的25次方那麼多種,雖然有許多值相同,但也要花不少工夫。這時我們可以用程式幫忙,徐祥峻教授提供了一個簡短的python程式碼給大家參考。大師的程式碼就是這麼的簡短。
不過2的25次方實在太大了,程式也要跑一分多鐘才有結果。算出來大約145.852。也就是要買差不多146張才能湊的到一套。
什麼 ? 你說盲卡包一次有四張!
若盲卡包每包含四張不同的卡片,那答案會不會就是145.852/4 ≈ 36.44包?
這樣估計是可以,但由於每包內的四張卡片皆為不同,實際所需數量應比此估算值略少,不負責任猜測期望值約32包左右。每包售價89元,總花費約2800元。麥當勞在這點上,是非常佛心了,對比許多卡牌遊戲的收集成本常常破萬,這樣的價格相對合理。
其實,統計學家 Stadje 在 1990 年已推導出一包有𝑘張卡牌隨機組合的期望值公式[3],但由於實際上每四張卡片組合的機率並不完全相同,加上四張成包的模式會引入更多變數,因此直接套用公式的誤差較大,這裡我們就不再深入計算了。
其他推廣也不少
例如:(1) 計算變異數;(2) 改成要蒐集𝑚套,這樣的期望值是多少?(3)當已經蒐集完一套後,剩下的不同卡牌數量的期望值是多少?
直接購入取代抽盲包?
在現代網路的加持下,有些聰明的玩家可能會選擇先買十幾包,若僅剩一兩張時,要再得到新卡的機率太小,不如透過網路付出相對較高的價格直接購入來得划算。
蝦皮上面已經發現有人一張卡要賣580元,那麼什麼時候直接購買最划算?這是值得探討的問題。反過來,若你是賣家要販售多餘的卡片,一張要賣多少比較合理?
參考文獻
[1] S. Ross, A first course in probability, 9th Edition, Pearson, 2012.
[2] https://www.threads.net/@mingjuiscool/post/DBgjKjVzStY
[3] W. Stadje, The collector’s problem with group drawings, Advances in Applied Probability, 22:866-882, 1990.