¿TED-Ed se equivocó con el rompecabezas de la rana? ¿Si es así, cómo?

Esta respuesta asume razonablemente que las ranas croan de forma independiente o casi independientemente entre sí.

El segundo video es definitivamente incorrecto en todos los casos, excepto en los límites. Eso no hace que el video de Ted-Ed sea correcto.

El segundo video tiene una falla muy simple:

[math] M_1M_0 [/ math] no necesariamente tiene la misma probabilidad que [math] F_0M_1 [/ math]

Deje que [math] p [/ math] sea la probabilidad de que una rana macho croe durante el tiempo que estuvo disponible para escucharla. Entonces, [matemática] M_1M_0 [/ matemática] tiene una probabilidad general (no condicional) de [matemática] 1/4 \ veces {} p (1-p) [/ matemática], mientras que [matemática] F_0M_1 [/ matemática] tiene una probabilidad general de solo [matemáticas] 1/4 \ veces {} p [/ matemáticas]. Independientemente de cuál sea el valor de p, la primera probabilidad es menor que la segunda. (Se supone que hombres y mujeres son iguales en todos los aspectos, incluido el comportamiento, excepto el croar).

Veamos posibles escenarios para diferentes valores de p

Si las ranas están croando constantemente y puedes notar la diferencia entre el croar de una rana y el de dos ranas, entonces la probabilidad es esencialmente 1.

Si las ranas rara vez croan y se nota la diferencia entre el croar de una rana y el de dos ranas, la probabilidad es, como dice el segundo video, aproximadamente 1/2 (pero un poco mayor). (Esto es lo que parece suponer el segundo video)

Si las ranas están croando constantemente y no puedes distinguir la diferencia entre un croar de rana y dos croar de ranas, entonces la probabilidad es 2/3. (Esto es lo que supone el primer video)

Si las ranas rara vez croan y no se nota la diferencia entre el croar de una rana y el de dos ranas, entonces la probabilidad sigue siendo ligeramente mayor que 1/2.

En general, para un valor arbitrario de p, podemos calcular la probabilidad de la siguiente manera:

[matemáticas] P (hembra ~ en ~ par | croak) = \ frac {P (hembra ~ en ~ par ~ y ~ croak)} {P (croak)} [/ math]

[matemáticas] = \ frac {P (M_1F) + P (FM_1)} {P (M_0M_1) + P (M_1M_0) + P (M_1F) + P (FM_1)} [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ frac {p / 4 + p / 4} {p (1-p) / 4 + p (1-p) / 4 + p / 4 + p / 4} = \ frac {1} {2 -p} [/ matemáticas]

O, en el caso de un doble croar es indistinguible:

[matemáticas] = \ frac {p / 4 + p / 4} {p (1-p) / 4 + p (1-p) / 4 + p / 4 + p / 4 + p ^ 2/4} = \ frac {2} {4-p} [/ matemáticas]

Cualquier crítica es apreciada.

Entonces esto realmente depende de cómo elija tratar una probabilidad desconocida.

Ambos videos están equivocados, como se explica en la respuesta de Austin Wu y aquí: El TED-Ed Frog Riddle está EQUIVOCADO

Lo que el video TED no tiene en cuenta es que el conocimiento de que una rana croó o no croó también cambiará las probabilidades, más allá de la implicación de que el croar debe haber venido de una rana macho. Tomemos un ejemplo intuitivo. Para la rana única en el trozo, el video TED asume esta lista de probabilidades:

M – 50%
F – 50%

Esto parece obvio, pero no está bien. Supongamos que las ranas macho croan tan a menudo, que si hubiera una rana macho en el trozo, ¿la probabilidad de que croara mientras usted estaría al 100%? En ese caso, sería imposible que la rana sola en el video fuera macho, ya que esa no croó. La probabilidad de que sea femenina sería del 100%. Digamos que [math] p [/ math], la probabilidad de que una rana macho sola croaría mientras estuvieras allí, es del 80%. Usemos el método de TED para comenzar con todos los eventos posibles, y luego eliminemos los que sabemos que son falsos:

—————————-
.
.
Rana macho que croa – 40%
.
.
——————————
Rana macho que no croa – 10%
——————————
.
.
.
Rana hembra – 50%
.
.
.
——————————

Estos son los posibles resultados, junto con las probabilidades, cuando no sabemos si la rana gimió o no. Como sabemos que no croó, podemos eliminar el área que representa “la rana macho que croa”, y la probabilidad de que la rana sea hembra se convierte en 5/6. Como el área cubierta por “rana hembra” es la mitad del área total, podemos ver en la ilustración que la probabilidad de que sea hembra es

[matemáticas] \ dfrac {1} {2-p} [/ matemáticas]

Donde [matemáticas] p [/ matemáticas] significa: Dado que había una rana macho, ¿cuál es la probabilidad de que croaría durante el período de tiempo que estás allí?

Lo que se equivoca en el segundo video es cuando aparecen con este espacio de muestra después de que sabemos que una de las dos ranas en el claro croó:

[matemáticas] M_0 M_1 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_1 M_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_1 F_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] F_0 M_1 [/ matemáticas]

Aquí [math] M_1 [/ math] significa rana macho que croa, y [math] M_0 [/ math] significa rana macho que no croa. Lo que hace mal es asumir que todas estas combinaciones son igualmente probables. Entonces uno debe preguntarse: ¿Cómo sería su espacio muestral si no supiéramos si una rana croó o no? Después de ver el video TED, y luego el segundo video, uno debe asumir que el chico del segundo video comenzó con algo como esto:

[matemáticas] M_0 M_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_0 M_1 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_1 M_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_1 M_1 [/ matemáticas]

———
[matemáticas] M_0 F_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] M_1 F_0 [/ matemáticas]
———
[matemáticas] F_0 M_0 [/ matemáticas]

[matemáticas] F_0 M_1 [/ matemáticas]
———
[matemáticas] F_0 F_0 [/ matemáticas]

… Y luego eliminó combinaciones con cero o dos ranas croando. ¡Pero aquí, cualquier pareja hombre-hombre se vuelve CUATRO VECES tan probable como cualquier pareja mujer-mujer, antes de que tengamos información sobre croar o género! Obviamente esto no puede ser correcto. Debemos asignar probabilidades a cada combinación, de modo que cada subsección (MM-FM-MF-FF) sea igualmente probable. La respuesta de Austin Wu y el sitio vinculado en la parte superior explica por qué la probabilidad de una rana hembra en el claro también es

[matemáticas] \ dfrac {1} {2-p} [/ matemáticas]

En otras palabras, no importa en qué dirección se ejecute el hombre envenenado en el video TED.

Entiendo el punto que hace Presh Talwalker (Mind Your Decisions). Él cree que el hecho de que la rana croó cambia la probabilidad de la situación. Sin embargo, parece que calculó la probabilidad de que una rana en particular en el claro croara, duplicando así la posible combinación sexual de dos machos. La pregunta en cuestión es si una hembra está presente o no en el claro, no cuál de las ranas croó.

> ¿Qué rana croó? Posibilidades:

  1. Hombre que croó | Hombre que no croó
  2. Hombre que no croó | Hombre que croó
  3. Hombre que croó | Hembra
  4. Mujer | Hombre que croó

Por este razonamiento, sabemos que hay un total de 4 posibilidades. Sabemos porque escuchamos un croar, y que solo los machos pueden croar. Esto hace que sea necesario que al menos una rana en el claro sea macho. Por lo tanto, nos quedan cuatro opciones. De las cuatro opciones, hay dos opciones que contienen una hembra. Para la probabilidad de (2 con mujeres / 4 en total), alcanzamos una probabilidad de supervivencia de 1/2, o 50%.

Sin embargo, queremos saber si una mujer está presente en el claro o no. Por lo tanto, saber qué rana croó no es motivo de preocupación.

> ¿Qué combinación sexual de ranas está presente en el claro? Posibilidades:

  1. Hombre | Masculino
  2. Hombre | Hembra
  3. Mujer | Masculino
  4. Mujer | Hembra

Por este razonamiento, sabemos que hay un total de 4 posibilidades. Sin embargo, la opción 4 se descarta porque sabemos que escuchamos un croar y que solo los machos pueden croar. Esto hace que sea necesario que al menos una rana en el claro sea macho. Por lo tanto, nos quedan tres opciones. De las tres opciones, hay dos opciones que contienen una hembra. Para la probabilidad de (2 con mujeres / 3 en total), alcanzamos una probabilidad de supervivencia de 2/3, o 67%.

Presh Talwalker no se equivoca exactamente, pero en realidad calcula algo diferente de lo que indicó. Calcula la probabilidad de que una rana en particular de los dos en el claro gimiera. Hay diferentes maneras de ordenar esto, pero es irrelevante para la situación. En realidad, no calcula la probabilidad de que una rana sea macho y la otra hembra. El video TED-Ed es correcto.

La clave es que la pregunta, “¿En qué dirección voy?”, Se hace en el momento en que se escucha el primer croar.

Los supuestos que hago son:
– que la víctima pueda oír igualmente bien en ambas direcciones
– que no hay ranas ocultas
– que el patrón de croar de una rana macho es independiente de si está solo, con otro macho o con una hembra
– que la víctima no escuchó el primer graznido proveniente de la dirección de la rana sola (ese es un detalle demasiado importante para omitirlo, porque puede concluir de inmediato que esa dirección no ayudará – la víctima no se estaría preguntando cuál de las dos direcciones tomar, como se muestra en el video)
– Que la víctima es lógica y rápida. La parte ‘rápida’ normalmente se da en este tipo de rompecabezas, pero en lo que respecta a este video en particular, es algo cuestionable, parece que se muestra vacilante. Entonces, tal vez estoy abordando una pregunta ligeramente diferente de la que se hizo, en esta respuesta.
– que el par de ranas se ve inmediatamente al escuchar el croar.

Entonces, para enumerar todas las posibilidades, donde X0 es la rana única en una dirección y X1X2 son las dos ranas en la otra dirección:

F0F1F2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
Sin croar: probabilidad 1/8 (A)

F0F1M2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar del par F1M2: 1/8 (B)

F0M1F2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
El primer croar se escucha del par M1F2: 1/8 (C)

F0M1M2 (ir al par conduce a la muerte): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar del par M1M2: 1/8 (D)

M0F1F2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar de la rana única M0: 1/8 (E)

M0F1M2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar de la rana única M0: 1/8 * 1/2 = 1/16 (F)
El primer croar se escucha del par F1M2: 1/8 * 1/2 = 1/16 (G)

M0M1F2 (ir al par conduce a la supervivencia): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar de la rana única M0: 1/8 * 1/2 = 1/16 (H)
El primer croar se escucha del par M1F2: 1/8 * 1/2 = 1/16 (I)

M0M1M2 (ir al par lleva a la muerte): probabilidad 1/8:
Se escucha el primer croar de la rana única M0: 1/8 * 1/3 = 1/24 (J)
El primer croar se escucha del par M1M2: 1/8 * 2/3 = 1/12 (K)

Probabilidades totales:

Sin croar: A = 1/8
Se escucha el primer croar de una rana simple: E + F + H + J = 1/8 + 1/16 + 1/16 + 1/24 = 7/24
El primer croar se escucha del par, ir al par conducirá a la supervivencia: B + C + G + I = 1/8 + 1/8 + 1/16 + 1/16 = 3/8
El primer croar se escucha del par, ir al par conducirá a la muerte: D + K = 1/8 + 1/12 = 5/24

Dado que se escucha el primer graznido de la pareja, si la víctima va a la pareja, la probabilidad de supervivencia es (3/8) / (3/8 + 5/24) = 9/14.

El video de Ted-Ed supone una suposición equivalente a que no se pueden escuchar sonidos desde la dirección de la rana única (no hay ninguna razón particular para pensar que ese sea el caso). El video de refutación hace suposiciones tales como que la víctima espera un cierto tiempo y decide qué dirección tomar en función de lo que escuchó durante ese período (la urgencia de la situación lo hace menos plausible).

La solución matemática al acertijo de la rana: