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Aufgabe

Es geht um das Spiel Mastermind/Superhirn. Ein Code bestehend aus 4 farbigen Steinen muss geknackt werden. Insgesamt gibt es 6 Farben. Der Code darf doppelte Farben enthalten (z.B. ist auch 4x blau möglich).
Für eine richtig Farbe an der richtigen Stelle erhält man einen schwarze Nadel.
Für eine richtig Farbe an der falschen Stelle erhält man eine weiße Nadel.
Die Bewertung sagt nicht, welcher Stein mit der Nadel gemeint ist.

Jetzt kommt das konkrete Problem:

blob.png

Text erkannt:

80008
- over 8:
\( \because \because \)
\( \cdots \)

Frage:

Wie wahrscheinlich ist es, in diesem konkreten Fall, dass der blaue Stein tatsächlich richtig ist, also die schwarze Nadel in beiden Schritten blau gilt?
Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass die schwarze Nadel in beiden Schritten nicht blau gilt?

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2 Antworten

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Es gibt 6^4 Möglichkeiten pro Zeile.

Avatar von 39 k

Danke für die Antwort, aber das war nicht meine Frage.

Die Frage lautet: Wie wahrscheinlich ist, dass blau tatsächlich stimmt?

Das war als Anregung gedacht.

An welchen Stellen muss blau dann stehen?

Wenn blau in der ersten Reihe schwarz ist und in der zweiten Reihe schwarz ist, dann muss blau genau dort stehen.

Die Frage, wie ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass das stimmt.

Dass blau in der ersten Reihe schwarz ist beträgt 50%. Dass genau der erste blaue Stein schwarz ist, beträgt 25%.

Im zweiten Schritt hat Blau wieder eine Wahrscheinlichkeit von 25%.

Wie kombiniere ich diese Wahrscheinlichkeiten?

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Tolle Frage, etwas Kombinatorik hilft Dir hier weiter ...


Ich habe eine UDF geschrieben, welche einen Farbcode (Sequenz) mit dem gesuchten Farbcode vergleicht und eine Antwort ausgibt.

Die Antwort besteht aus zwei Ziffern. Die erste Ziffer gibt die Anzahl der Positionen an, die mit richtigen Farben besetzt sind.

Die Zweite Ziffer gibt an, wieviele Farben auf falschen Positionen zu finden sind.

21 bedeutet demnach 2 Positionen mit richtigen Farben, und eine Farbe zwar richtig gewählt, aber auf der falschen Position.

Für die UDF benutze ich einen kleinen Trick.

Farben sind bei mir Primzahlen. Damit messe ich über den ggT von Sequenz und Farbcode die gleichen Farben.

Nimmt man die Primzahlen 2, 3, 5, 7, 11, 13 als Farben, wählt den gesuchten Farbcode 2, 3, 7, 11 und hat auch die Fragesequenz 2, 3, 5, 7 gewählt, so ist der ggT aus dem Produkt der Farben = 42. Daraus folgt, dass die Anzahl der richtig gewählten Farben genau 3 sein muss (Anz( ggT = 42) = 3).

Für die Anzahl von ggT hilft eine kleine Tabelle, eine einfache Äquivalenzrelation zwischen ggT und Anzahl an Primfaktoren.

Vergleicht man die 4 Positionen der Sequenz mit denen des Farbcodes, so liefert die Summe der Übereinstimmungen die erste Ziffer der Antwort, hier sind Pos1 & Pos2 mit den richtigen Farben gewählt, ergo ist die erste Ziffer der Antwort = 2.

Da der ggT aus korrekten Farben besteht mit richtiger und falscher Positionierung, muss die zweite Ziffer der Antwort aus der Differenz  von Anz(ggT) und der ersten Ziffer der Antwort sein - hier (3 - 2) = 1.

Die Antwort ist folgerichtig 21.

Es lässt sich nun mit dieser einfachen User definierten Funktion ermitteln, wieviele und welche der möglichen 1296 Sequenzen eine gesuchte Antwort liefern.

Du suchst die Kombination aus 2 dieser Antworten:


Deine erste Sequenz blau, blau, braun, braun liefert die Antwort 01 => Betrachten wir nur diese Sequenz, so verbleiben 256 Möglichkeiten für den Farbcode.

Deine zweite Sequenz blau, gelb, gelb, rot liefert ebenfalls die Antwort 01 => Betrachten wir nur diese Sequenz, so verbleiben 276 Möglichkeiten für den Farbcode.

Die Kombination der beiden engt die Suche weiter ein.

Es gibt genau x mögliche Farbcodes, welche beide Bedingungen erfüllen.

Davon sind nur y an der ersten Position tatsächlich blau.

Die gesuchte Wahrscheinlichkeit ist damit das Verhältnis von y zu x.

Mit meinen Hilfsmitteln lässt sich das sofort berechnen, es führt Dich aber nicht wirklich weiter.


Was Du suchst ist ein Algorithmus, mit dem Du vlt. nach Möglichkeit nicht mehr als 5 Versuche benötigst - den gibt es.

Donald E. Knuth hat ihn berechnet.

Dieser Link wird Dir weiterhelfen.

Es gibt auch einen Algorithmus, der im Durchschnitt schneller ist als der von Herrn Knuth, aber der braucht auch mml. mehr als 5 Versuche.

Interessant wäre es, einen Algorithmus zu finden, der nie mehr als 5 Versuche benötigt, aber im Durchschnitt schneller als der von Knuth ist - den berechne ich gerade ...


Damit hab ich Dir glaub einen sehr großen Schritt weiter geholfen.

Wenn Du tatsächlich noch das Verhältnis von y zu x brauchst, dann möchte ich Dich um die ach so wundervolle Reise dort hin ermuntern. Es macht wirklich Spaß so etwas selbst zu entdecken.

Ansonsten schreib einfach zurück und ich berechne blau ... für Dich.


Wirklich tolle Frage!!!

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Hier ist die Äquivalenzrelation zwischen ggT und ANZ(ggT)

blob.png

Hier die Funktion für die Antwort (aw):


Function aw(i1, i2, i3, i4, i5, i6, i7, i8)
g = 0

If i1 = i5 Then
g = g + 1
End If

If i2 = i6 Then
g = g + 1
End If

If i3 = i7 Then
g = g + 1
End If

If i4 = i8 Then
g = g + 1
End If

a = i1 * i2 * i3 * i4
b = i5 * i6 * i7 * i8

k = Application.WorksheetFunction.Gcd(a, b)
s = Worksheets("Datensätze").Range("A" & k).Value
t = s - g

aw = g & t
End Function

Achtung: Mein UDF liest aus Tabellenblatt "Datensätze", Spalte A in der k-ten Zeile die ANZ(ggT=k) aus.

Korrektur: Bei mir ist weiss die richtige Position & Farbe, Du verwendest schwarz dafür.

Somit ist ein schwarzer nicht 01 sondern 10 als Antwort und damit sind die 256 & 276 falsch.

10 als Antwort von Sequenz 1 hat tatsächlich auch 256 Möglichkeiten, aber

10 als Antwort von Sequenz 2 hat nur 182 Möglichkeiten.

In Kombination verbleiben 29 Möglichkeiten.

Davon sind 8 an Pos 1 blau.

Die Antwort ist also 27,59%.


Beweis:

blob.png


blob.png

Logischer Weg für die Anzahl der möglichen Sequenzen mit blau an erster Stelle:


Blau an Pos 1 ist richtig gewählt, und alle anderen gewählten Farben dürfen nicht vorkommen, auch kein 2. mal blau,

=> für die 3 Positionen hinter blau verbleiben 2 Farben, macht 2^3 = 8 Möglichkeiten.

Die anderen 21 der 29 möglichen Sequenzen können ebenfalls einzeln berechnet werden, ist mir aber zu viel unnütze und nicht gefragte Arbeit.



Für die Wahrscheinlichkeit P(nicht blau an Pos 1) gilt natürlich P = 1- 27,59% = 72,41%

Frage zurück:

Mit welcher 3. Sequenz kann die Anzahl der möglichen Farbcodes am weitesten eingegrenzt werden und zwar auf wieviele Möglichkeiten? Das Programm dazu schreibe ich gerade ...

Antwort:

Die Sequenz rot, grün, braun, rot reduziert die Anzahl der verbleibenden Möglichkeiten auf 5!


Tabelle der Anzahl pro mögliche Antworten:

blob.png

Logik hinter Sequenz 3:

Zum einen wird damit abgefragt, ob grün überhaupt vorkommt, oder am Ende die 6. Farbe.

Dann wird die Frage gestellt, ob vlt. rot zwei oder drei mal vorkommt.

Zudem würde das Fehlen von schwarzen Stiften sowohl rot auf Pos 1 & 4, als auch braun auf Pos 3 eliminieren ...


Ziel bei solchen Sequenzen muss es unter anderem sein, möglichst viele offene Fragen zu klären.

Es gibt tatsächlich Fälle, da ist es wichtig eine Sequenz abzufragen, von der man genau weiß, dass sie nicht möglich ist. Man verwendet dann nicht vorkommende Farben um eindeutig zu erfahren, wie oft eine Farbe vorkommt oder wo.

Meines Wissens hat Herr Knuth (unter Vorbehalt) in seinem Algorithmus ausschließlich Sequenzen verwendet, die noch möglich sind.


Außerdem ist der Ansatz, dass 2, 2, 3, 3 der beste Start ist (nach Knuth) für mich nicht abschließend erschlagen.


Es gibt wunderbare Gegenbeispiele aus dem Sportbereich, bei denen die anfänglich besten Sequenzen sich als suboptimal herauskristallisieren.


Wir wollen mit 5 Tippreihen bei 3 Spielen mindestens einen 2er (2 richtige) tippen (1, 0 oder 2 pro Spiel für Heimsieg, Unentschieden und Auswärtssieg).

111, 000 & 222 erschlagen von der Menge her am meisten Möglichkeiten.

Mit ihnen ist das Minimum von 5 Tippreihen aber nicht zu erschlagen.

Der Ansatz ist von Begin an falsch gewählt, da es nicht immer darauf ankommt, die meisten Probleme zu erschlagen, sondern es geht darum, eine Kombination von Reihen zu finden, welche im Verbund die Sache so erschlagen, dass die verbleibenden Teilmengen sehr leicht und nur durch wenige weitere Sequenzen oder Tippreihen erschlagen werden können.

112, 121, 211, 000 & 222 erschlagen alle Möglichkeiten, so dass mindestens ein 2er dabei sein muss.

Beweis:

Bei 3 Spielen kommt entweder ein Ereignis doppelt vor (z.B. 11_ 22_ oder 00_) oder jedes Ereignis kommt genau 1x vor (z.B. 120).

112, 121 & 211 decken alle 11_ ab und alle 120 Kombinationen.

Das ist der Verbund, den ich gemeint habe.

Den Rest übernehmen die 2 anderen Reihen.

000 & 222 eliminieren die 22_ & 00_.


Man darf bei solchen Fragestellungen nie vergessen, dass die Lösung immer auch in der Kombination aller Reihen zu suchen ist !!!!!!!


Ja, Kombinatorik würde manch einer vlt. fälschlicherweise als die Lehre vom Abzählen falsch definieren. Tatsächlich geht es nach meinem Dafürhalten meist um die Kombinationen und ihre Auswirkungen.

Bei 4-Gewinnt verfolgt man (nur als weiteres Beispiel) eine Strategie, bei welcher der Beginner immer in einer (von unten aufsteigend) ungeraden Reihe den 4. Stein platziert. Der Rest blockiert dabei a) alle Möglichkeiten des Gegners und b) zwingt den Gegner, unter eine Reihe zu setzen, in der man selbst gewinnt.

Diese 9 Steine blockieren z.B. alle Möglichkeiten für rot,

bis auf die vertikalen, für die es keinen Zugzwang gibt.


blob.png

Das bedeutet, gelb kann bei gutem Spiel mit 9 + 4 = 13 Steinen (von 21) alle Chancen von rot auf einen Sieg vereiteln.

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