從賠率到機率

從賠率到機率每逢重大的運動競賽,常會聽到賠率一詞。網路上也經常有人在問賠率的意義。賠率與機率關係密切,利用機率可解釋賠率,反之,賠率也是解釋機率的方式之一。因此,就讓我們先由賠率討論起。

2006 年 6 月 9 日至 7 月 9 日,在德國舉行4年一度的世界盃足球大賽。這一屆世界盃共有 32 隊參賽,分成 8 組, 每組 4 隊。每組經單循環賽 6 場,取前兩名進入 16 強。再經單淘汰產生 8 強,又單淘汰產生 4 強。4 強捉對廝殺,勝隊爭冠亞軍,敗隊爭季殿軍。全部共比賽 64 場。每場比賽 90 分鐘, 在分組賽中可以有平手。進入 16 強後,若在正規的 90 分鐘後平手,則延長 30 分鐘,若再平手,則雙方各罰 5 球定勝負,這就是扣人心弦的 12 碼罰球 PK(penalty kick)賽。

6 月初有份賽前的封王賠率排行榜,6 月底產生 8 強後,又有份新的封王賠率表(依封王賠率大小由小到大的排名前 8 名)。表中賠率 1 賠 a,有兩種常見的賠法。其中一種是下注 1 元,若你贏的話給你 a 元,但不論你輸或贏,這 1 元都拿不回。另一種是若你贏的話給你 a 元,且原下注的 1 元還是你的,若輸的話,則下注的 1 元被收走。
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看了賠率表你會產生什麼心得?首先,賽前所預測的排名並非太離譜。賽前預測的前 5 名都進入 8 強,8 強中的另 3 隊原預測是 8、9、14 名,即使 14 名也還不算離前 8 名太遠。賽前預測名次的 1、5、4、2、3 名,在 8 強中的名次是 1、2、3、4、5 名,雖然預測名次不盡然準確,但似乎也相當具有參考價值。依據實際表現及發展(如原來 32 隊,如今只剩 8 隊),賠率做了修訂。8 強淘汰一半,產生 4 強,8 強封王賠率中的前4名,就有 3 隊未能進入 4 強,只有排名第 3 的德國進入 4 強。

除了封王賠率外,還有各種賠率,如德國對阿根廷的賠率,其中又分德國贏的賠率、阿根廷贏的賠率,和在正規時間內定輸贏的賠率等等。此外,還有最多進球賠率,一場比賽誰進第一球的賠率等,有各種賭法。

一般而言,賠率過高,賭場(如彩券公司、博奕公司等)覺得划不來,賠率太低,賭客下注意願低,因此賠率會有一合理的平衡點。賭場認為有利可圖,也有夠多的賭客認為合理,這個賠率才有行有市。隨著比賽進行,依球隊的表現,賭客對球隊贏球的機率會隨時重新評估。換句話說,當有新的條件加入時,賠率可能會隨之而變。另外,不同賭場的賭法可能不同,對同一支球隊的賠率,也可能不同。

4 強封王賠率排名依序是德國、法國、義大利及葡萄牙。只是德國先敗於賠率較高的義大利隊,法國倒是贏了賠率比他高的葡萄牙。德國及葡萄牙爭季、殿軍,德國獲勝。義法的冠亞軍之戰,則由義大利獲勝。這份 4 強封王賠率表的順序,其 2、4 名正確,1、3 名則互調。可見以賠率排名預測實際名次,有時準有時不準。
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賠率大小究竟與機率有什麼關係?簡單地說,發生的機率愈小,賠率愈高,發生的機率愈大,賠率愈小。開賭場當然要賺錢,所以對賭客而言,賭場裡不會有公正賽局(fair game)。假設是公正賽局,則由賠率如何換算出贏的機率?

公正賽局

何謂公正賽局?這不見得有唯一的答案,因每人心中對公正的看法可能不同。我們就以「期望淨所得是 0」當做公正賽局的定義。期望值(expectation 或稱 expected value, mean)是機率裡一個重要的量,在這裡不下定義,先把它想成是平均好了。先前已對賠率 1 賠 a 有兩種常見的賠法做了說明。其一是你得先下注 1 元,不論你輸或贏,這 1 元都拿不回。若你賭的那支球隊是 1 賠 a(這裡 a ? 1 才合理),則在公正賽局下,你認為該球隊贏的機率為何?

假設贏的機率是 p,且範圍介於 0 < p ? 1 之間,並令 X 表示每次賭的淨所得。則淨所得 X = a ? 1 的機率是 p,淨所得 X = ?1 的機率是 1 ? p。所以下式應成立:

p‧(a ? 1) ? (1 ? p)‧1 = ap ? 1 = 0解出 p = 1/a。即如果是 1 賠 2 而且是公正賽局,這球隊贏的機率應該是 1/2。A 和 B 兩支球隊比賽,假設沒有和局,又假設 A 贏的賠率是 1 賠 a,B 贏的賠率是 1 賠 b,顯然 a 與 b 不會同時都大於 2。否則你兩隊各下注 1 元,付出 2 元,卻保證所得多於 2 元,這並不合理。

現考慮第二種賠法。你下注 1 元,1 賠 a,表示贏的話給你 a 元,且原下注的 1 元還是你的,若輸的話,則下注的 1 元被收走。這時 a 便可小於 1,即a ? 0。仍令 X 表示每次賭的淨所得,p 是贏的機率,則p‧a ? (1 ? p)‧1 = (a + 1) p ? 1 = 0解出 p = 1/(a + 1)。第二種情況下的 1 賠 a,與第一種情況下的 1 賠 a + 1 等價。因此利用第一種情況的結果,也可得 p = 1/(a + 1)。倘若在第二種情況裡,如果是 1 賠 2,贏的機率是 1/3;而第一種情況 1 賠 2,贏的機率是 1/2。

反過來看,對第一種情況,若贏的機率是 p,則應該是 1 賠 1/p;對第二種情況,若贏的機率是 p,則應該是 1 賠 (1 ? p)/p。為了能更清楚地解釋,舉兩個例子來說明。

例1:假設你與同學賭巴西贏日本,10 賠 1。則你認為巴西會贏日本的機率為何?

這是第二種情況的 1 賠 0.1,也是第一種情況的 1 賠 1.1,因此 p = 1/1.1 = 10/11。至於巴西輸的機率是 1 ? p = 1/11。即巴西贏日本的機率是輸日本的機率的 10 倍。

例2:在上例中,假設各經過 1 場與他國的比賽後,巴西隊表現不如預期,日本則後勢被看好。這時你與另一位同學賭巴西贏日本,5 賠 1。5 賠 1 即 1 賠 0.2,因此巴西贏日本的機率是 p = 1/1.2 = 5/6。巴西贏的機率由 10/11 降為 5/6,雖只降了少少的 5/66 = 0.07575 …… 不到一成,但賠率卻由 10 賠 1 變成 5 賠 1。

在 6 月初那份賽前封王賠率表,排名最後的是千里達及托巴哥共和國,是 1 賠 1001.00。預測排名很前面的球隊,雖贏球機率大,但賠率小,賭對了,所獲不多。因此雖然千里達及托巴哥會奪冠的機率很低,仍有人押注,萬一爆出冷門,賭客就大賺了,而賭場不就大賠?

因此,賭場所設計出的賠率,通常對賭徒不是公正賽局,但賭場仍有可能賠錢。盛行於臺灣民間的六合彩,有時會有組頭因不堪大賠而跑路。事實上,若資金不夠大,較易發生賭場破產;資金愈大,賭場撐不下去的機率也就愈低。這方面的討論是屬於機率論裡的破產問題(ruin problem),本文不加詳述。

對一公正賽局,已說明由賠率可以算出贏的機率。但若對某一球隊連續兩屆都奪冠的機率有興趣,則可否由各屆封王的機率求出這個機率呢?答案或許是否定的,因為並不知道兩屆比賽封王事件間的關係。而對於兩個事件,若只知各自發生的機率,而無其他資訊,也就無法求得同時發生的機率了。

法國隊在分組賽中表現並不太好,但進入 8 強後,卻能贏原先最被看好的巴西隊。球是圓的,事先誰也不敢打包票哪一隊必得冠軍。對即將對抗的兩支球隊,在公正賽局下,如果是勢均力敵,可以認為贏的機率各是 1/2。但如果有一隊較強,則其贏的機率 p 應大於 1/2,至於弱的那一隊,贏的機率 q 應小於 1/2,而 p + q 應為 1 才有道理,這可能是一般人的認知。

儘管足球迷們對各隊強弱的評估可以不同,但 p + q 應該是 1。也就是雖然人人都可當預言家,誇誇其談各隊贏球機率,但這些機率還是要滿足某些條件,不是可以任意說巴西奪冠機率是 0.9,阿根廷奪冠機率是 0.5 等。對於這部分,再以兩個例子來解釋。

例3:在 4 強對決前,賭客對媒體報導更加謹慎。因賽前排名 1、2 名的巴西及阿根廷,在 8 強賽都被淘汰,跌破賭客們的眼鏡。在 4 強中,大部分的賭客都看好德國和法國會勝出,兩國分居封王排行榜的 1、2 名。

報載賭盤開出:德國贏,一萬賠一萬零六百;義大利贏,一萬賠兩萬兩千六百。我們先換算出德國贏是 1 賠 1.06,義大利贏是 1 賠 2.26。則在公正賽局的假設下,德國贏的機率加上義大利贏的機率是1/1.06 + 1/2.26 = 1.385874兩隊得拚得你死我活,贏的機率相加卻超過 1,這是怎麼回事?難不成兩隊向上帝的禱告都能奏效?我們已說過被認為愈容易贏的,賠率便愈小。賭場要賺錢,因此球隊贏球機率被放大了。而賭客要刺激、要豪賭,對不公正的賽局仍可接受。有些被看好的球隊輸球,慘遭民眾辱罵,相信罵人者中有些是因賭輸而生氣的。

賠率低到 1 賠 1.06,表示德國極度被看好,只是在 90 分鐘正規比賽平手後,在 30 分鐘延長賽的最後兩分鐘,義大利連進兩球,以 2 比 0 擊敗德國。

例4:在 4 強封王賠率表中,法國排名在義大利之前,但在法、義冠亞軍賽前,較多人看好義大利。知名的博奕公司英國的威廉希爾(William Hill),開出的盤口是義大利勝 1 賠 2.50,平手 1 賠 2.70,法國勝 1 賠 2.80,這是就踢完正規的 90 分鐘而言。如果你 3 種可能性都押 1 元,則最少淨虧 0.20 元,最多淨虧 0.50 元,都必然是淨虧,因此大約少有人這樣賭的。至於義大利封王賠率是 1 賠 1.72,優於法國的 1 賠 2.10(沒有平手)。在公正賽局的假設下,前者 3 種情況的機率和是1/2.50 + 1/2.70 + 1/2.80 = 1.127513後者義大利與法國封王機率和是1/1.72 + 1/2.10 = 1.057586因此第二種賭法似乎對賭客稍有利。

另外也有義大利奪冠 11 賠 8 的說法,可看出這是屬於贏的話,所下的賭注仍屬於第二種情況。11 賠 8 即 1 賠 8/11,故贏的機率是1/(1 + 8/11) = 11/19對應第一種情況 1 賠 19/11 = 1.727,與前述 1 賠 1.72 接近。也有報載義大利勝 1 賠 1.21,平手 1 賠 1.81,法國勝 1 賠 1.66,這也是屬於第二種情況。對應第一種情況的 1 賠 2.21,1 賠 2.81,以及 1 賠 2.66。

那次冠亞軍戰在正規的 90 分鐘結束時,雙方以 1 比 1 戰成平手。延長 30 分鐘,雙方都沒有進球,接著就是 PK 戰,義大利以 5 比 3 擊敗法國。一旦結果揭曉,賽前預測的機率便沒有意義了。

生活即機率

兩百多年前,法國大數學家及天文學家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace, 1749-1827)就已說:「大部分生活中最重要的疑問,都只是機率的問題。」拉普拉斯並未誇大,時至今日,機率論的確已成為幾乎所有科學、工程、醫學、法庭及工業中,極基本且重要的工具。而且如拉普拉斯所指出,人們已習於問「這件事的機率如何?」,而不若以往問「這件事會如何?」。以下列出一些新聞標題做為佐證。怎樣才能提高加薪機率?
普通公務員成為部長的機率有多大?
研究發現大腿愈粗罹心血管機率愈高。
吃排卵藥懷三胞胎機率不到 10%。
電腦輻射導致癌症的機率提高到 45%。
吃全素的女性產下雙胞胎的機率約為常人的五分之一。
吃蛤蠣吃到紫珍珠的機率是二百萬分之一。
姚明表示他參加男籃世錦賽的機率是 50%。
2102 年小行星撞地球的機率有千分之一。再引用胡適在重印乾隆壬子本《紅樓夢》序裡的一段話供各位參考。我對容先生說:「凡作考據,有一個重要的原則,就是要注意可能性的大小。可能性(probability)又叫做幾數,又叫做或然數,就是事物在一定情境之下能變出的花樣。把一個銅子擲在地上,或是龍頭朝上,或是字朝上,可能性都是百分之五十,是均等的。把一個不倒翁擲在地上,他的頭輕腳重,總是腳朝下的,故他有一百分的站立的可能性。試用此理來觀察紅樓夢裏寶玉的生年,有二種可能……」胡適這篇序寫於 1927 年,距今約 80 年。雖然文中對機率的用語,以今日觀點並非很精準,不過其依「可能性的大小」來做考據,的確是頗客觀的態度。文學考證要具科學的精神,而「可能性的大小」就是依據之一。

可能性就是機率,但做決策有時並非只依機率值的大小。以賭博為例,前面提及的期望淨所得,也是一種常考量的依據。只是大部分的賭,期望淨所得都是負。以四星彩為例,玩法之一(正彩)是自 0000 至 9999 共 10,000 組有序號碼中,任選一組。若開出的號碼恰好是你所選的,則彩金是投注的 5,000 倍,無論中或沒中,所下的注當然收不回。中獎機率是 1/10,000,只賠 5,000 倍,要賠 10,000 倍才是公正賽局,但你也知道很難有這種彩券。雖每 100 元,期望淨所得是 50 元,但仍有人願意下注。

每個人對金錢有不同的效益函數(utility function),這函數並非都是金錢的線性函數。有些人不在乎小錢,而想要以簡單且快速的方法得到大錢,這時賭就是方法之一了。有些人希望穩紮穩打,有些人則願意豪賭。高利潤常伴隨高風險,因此變異(variation)大小,也是做決策時會考慮到的。變異是機率論中一項基本的概念。

既然生活中處處充滿著與機率相關的問題,我們有必要對機率論有相當程度的了解,這也是機率論日漸成為大學中許多學系必備知識的主因。