核心要点
设状态:S0=尚无进展,S1=刚抛出一个正面,目标=连续两正。
列期望方程,按当前状态向后递推一次抛掷。
公平硬币(p=0.5)解得期望次数 E0 = 6。
可推广:首次出现 k 连正的期望为 2^{k+1} - 2。
标准回答
一、核心回答可以先把答案说清楚:公平硬币第一次出现连续两个正面,期望抛掷次数是 6 次。一、这题不要硬枚举,要用状态。 可以设两个状态:E0 表示现在没有攒到正面,从这里到 HH 的期望次数;E1 表示刚刚已经抛出了一个 H,从这里到 HH 的期望次数。二、从 E0 出发怎么走? 二、关键机制
再抛一次肯定先花 1 次。如果抛到 H,就进入 E1;如果抛到 T,还是回到 E0。所以:
E0 = 1 + 0.5E1 + 0.5E0三、从 E1 出发怎么走? 再抛一次,如果是 H,就完成 HH;如果是 T,前面的 H 被打断,要回到 E0。所以:
E1 = 1 + 0.5 × 0 + 0.5E0
解这两个式子,得到 E1 = 4,E0 = 6。三、面试补充也就是说,从一开始算,期望是 6 次。
这里要特别强调一句:这不是“抛到两个正面”的期望,而是“抛到连续两个正面”。连续性会被反面打断,所以答案比很多人直觉里的 4 更大。
常见误区
⚠️ 常见踩坑
误区一:把答案说成 4。 4 更像是在想“看到两个正面”,但题目要的是连续两个正面。
误区二:从一个 H 之后抛到 T,还以为状态没变。 实际上连续性已经断了,必须回到 E0。
追问
追问 1:连续两次正面(HH)与「正面后接反面」(HT)的期望次数为何不同?
HT 的期望是 4 次,HH 是 6 次。可以这样讲:等到第一个 H 后,HT 失败时看到的是 H,这个 H 还能当新起点;但 HH 失败时看到的是 T,必须从头来,所以 HH 更慢。
追问 2:一般偏置 p 下连续两正的期望是多少?
正面概率为 p 时,用同样状态方程可以推出 E0 = (1 + p) / p²。p=0.5 时就是 6;p 越小,连续两正越难等到。
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延伸学习
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