Olasılık · 1654'ten Bugüne

Monty Hall ve Doğum Günü Paradoksu: Sezgimiz Olasılıkta Neden Yanılır?

Üç kapıdan birinin arkasında bir araba var. Bir kapı seçiyorsunuz; sunucu, arabanın nerede olduğunu bildiği için kalan iki kapıdan boş olanı açıyor ve soruyor: "Seçiminizi değiştirmek ister misiniz?" 1990'da bu sorunun doğru cevabı bir dergide yayımlandığında yaklaşık on bin okur itiraz etti; aralarında yüzlerce doktoralı vardı. Aşağıdaki oyunla başlayın. Ama önce, cevabınızı tahmin edin.

Engin Dikkulak

Engin Dikkulak

Çekirgeler Eğitim ve Sigma Olympics Kurucu Ortağı

Üç kapı oyunu

Önce tahmininiz: sunucu boş bir kapıyı açtıktan sonra seçimi değiştirmek…

Önce Temel Kavramlar

Olasılık, bilgi ve koşul

Bir olayın olasılığı, onu oluşturan sonuçların tüm olası sonuçlara oranıdır; tabii sonuçların hepsi eşit derecede olasıysa. Zar atınca çift sayı gelme olasılığı \(3/6 = 1/2\)'dir. Tüm olası sonuçların kümesine örneklem uzayı (sample space) denir. Olasılıkta hataların büyük kısmı, örneklem uzayını yanlış kurmaktan ya da "eşit olasılıklı" sanılan sonuçların aslında eşit olmamasından doğar.

İkinci temel kavram koşullu olasılıktır (conditional probability): \(B\) olayının gerçekleştiğini bildiğimizde \(A\)'nın olasılığı. Yeni bir bilgi geldiğinde, olasılıklar güncellenir:

\[ P(A \mid B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)} \]

Monty Hall: değiştirmek kazandırır

İlk seçtiğiniz kapının arabayı saklama olasılığı \(1/3\)'tür. Sunucu bir kapı açtığında bu olasılık değişmez, çünkü sunucu hangi kapıyı seçerseniz seçin boş bir kapı açabilir; yaptığı şey, ilk seçiminiz hakkında hiçbir yeni bilgi vermez. Kalan \(2/3\)'lük olasılık ise artık tek bir kapalı kapıda toplanmıştır. Yani:

\[ P(\text{kalarak kazanmak}) = \tfrac13 \qquad\qquad P(\text{değiştirerek kazanmak}) = \tfrac23 \]

Daha da kısa bir düşünüş: değiştiren oyuncu, ilk seçimi yanlışsa kazanır. İlk seçimin yanlış olma olasılığı da \(2/3\)'tür.

Hâlâ ikna olmadınız mı? Yüz kapıyı düşünün

Yüz kapı olsun. Bir kapı seçiyorsunuz; sunucu, arabanın yerini bilerek kalan 99 kapıdan 98'ini açıyor, hepsi boş. Geriye sizin kapınız ve sunucunun özenle kapalı bıraktığı tek bir kapı kalıyor. Sizin kapınızın doğru olma olasılığı hâlâ yüzde birdir; sunucunun açmadığı kapınınki ise yüzde doksan dokuz. Üç kapıda da aynı mantık işler, yalnızca sayılar küçük olduğu için sezgimiz yanılır. Laboratuvarda kapı sayısını 100'e çıkarıp deneyebilirsiniz.

Bütün olasılıkları tek tabloda görmek

Diyelim ki hep 1. kapıyı seçiyorsunuz. Arabanın üç olası yeri var:

ArabaSunucu açarKalırsanızDeğiştirirseniz
1. kapı2 ya da 3kazanırsınızkaybedersiniz
2. kapı3kaybedersinizkazanırsınız
3. kapı2kaybedersinizkazanırsınız

Üç eşit olasılıklı durumdan ikisinde değiştirmek kazandırıyor.

Doğum günü: 23 kişi yeter

Bir sınıfta en az iki kişinin aynı gün doğmuş olması için kaç öğrenci gerekir? Çoğu kişi 100'ün üzerinde bir sayı tahmin eder. Oysa 23 kişide bu olasılık %50'yi geçer, 30 kişilik bir sınıfta %70'tir. Hesabın püf noktası tümleyeni (complement) hesaplamaktır: "herkesin doğum günü farklı" olasılığını bulup 1'den çıkarırız. Yılı 365 gün, doğumları her güne eşit dağılmış sayarsak:

\[ P(\text{en az bir çakışma}) = 1 - \frac{365}{365}\cdot\frac{364}{365}\cdot\frac{363}{365}\cdots\frac{365-n+1}{365} \]
Kişi sayısı10202330405070
Çakışma olasılığı%11,7%41,1%50,7%70,6%89,1%97,0%99,9

Sezginin tuzağı: "benimle aynı gün" ile "herhangi iki kişi"

Sezgimiz soruyu farkında olmadan değiştirir ve "biri benimle aynı gün mü doğmuş?" diye düşünür. 23 kişilik bir sınıfta öbür 22 kişiden birinin sizinle aynı gün doğmuş olma olasılığı yalnızca %5,9'dur. Bunun %50'yi geçmesi için 253 kişi gerekir. Ama 23 kişide karşılaştırılacak 253 farklı ikili vardır (\(23\cdot22/2=253\)). Paradoksun sırrı, ikililerin sayısının kişi sayısından çok daha hızlı büyümesidir.

Zar Masasından Laboratuvara

Kumar sorularından bilişsel psikolojiye

Olasılık kuramı, kumar masasındaki pratik sorulardan doğdu. Kurallar netleştikçe matematik sağlamlaştı; ama insanların bu kuralları sezgiyle uygulamakta ne kadar zorlandığı ancak yirminci yüzyılda sistemli biçimde incelenmeye başladı.

~1564 / 1663

Cardano: şansın ilk kitabı

Gerolamo Cardano, "Liber de Ludo Aleae" (Şans Oyunları Üzerine Kitap)

Hem hekim hem matematikçi hem de tutkulu bir kumarbaz olan Cardano, zar oyunlarında olası sonuçları saymayı ve "adil oyun" kavramını ilk tartışanlardan biriydi. Kitabı ölümünden neredeyse yüz yıl sonra, 1663'te basılabildi; bu yüzden olasılığın doğuşu genellikle bir sonraki durağa yazılır. Karmaşık sayılar yazısındaki aynı Cardano.

1654

Pascal ve Fermat'nın mektupları

Blaise Pascal ve Pierre de Fermat; soruyu soran: Chevalier de Méré

Yarıda kesilen bir oyunda ortaya konan para oyuncular arasında nasıl paylaşılmalı? Bu "puanlar problemi" üzerine yazışan Pascal ve Fermat, oyunun bundan sonra alabileceği bütün yolları sayarak çözüme ulaştı. Bugün beklenen değer dediğimiz kavram bu mektuplarda filizlendi. Olasılık kuramının doğum tarihi olarak genellikle bu yıl kabul edilir.

1657 – 1713

İlk ders kitabı ve büyük sayılar yasası

Christiaan Huygens, "De Ratiociniis in Ludo Aleae"; Jakob Bernoulli, "Ars Conjectandi"

Huygens, Pascal ile Fermat'nın fikirlerini 1657'de ilk olasılık kitabında topladı. Jakob Bernoulli'nin ölümünden sonra 1713'te yayımlanan eseri ise büyük sayılar yasasını kanıtladı: bir deney çok kez tekrarlandığında gözlenen oran, gerçek olasılığa yaklaşır. Laboratuvardaki simülasyonların neden işe yaradığının matematiksel güvencesi budur.

1763 / 1812

Bayes ve Laplace: kanıtla inancı güncellemek

Thomas Bayes (ölümünden sonra Richard Price yayımladı); Pierre-Simon Laplace, "Théorie analytique des probabilités"

Bayes'in makalesi, yeni bir gözlemden sonra bir hipoteze olan inancımızın nasıl değişmesi gerektiğini soruyordu. Laplace aynı fikri bağımsız olarak geliştirdi ve genel bir yöntem hâline getirdi. Bugün "Bayes teoremi" diye bilinen formül, Monty Hall probleminin de tıbbi testlerin de anahtarıdır.

1889

Bertrand'ın kutuları

Joseph Bertrand, "Calcul des probabilités"

Üç kutu var: birinde iki altın, birinde iki gümüş, birinde bir altın bir gümüş para. Rastgele bir kutudan rastgele çektiğiniz para altın çıktı; kutudaki öbür paranın da altın olma olasılığı nedir? Çoğu kişi \(1/2\) der, cevap \(2/3\)'tür. Monty Hall probleminin yapısı neredeyse yüz yıl önce bu örnekte ortaya çıkmıştı.

1933

Kolmogorov: olasılığın aksiyomları

Andrey Kolmogorov, "Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung"

Kolmogorov, olasılığı küme kuramı ve ölçü kuramı üzerine kurulu üç basit aksiyoma indirdi. Böylece olasılık, sezgiye dayanan bir hesap tekniğinden diğer matematik dalları kadar kesin bir kurama dönüştü. Ama bir problemin örneklem uzayını doğru kurmak hâlâ insana kalıyordu.

1939

Doğum günü problemi İstanbul'da yayımlanıyor

Richard von Mises, "Über Aufteilungs- und Besetzungs-Wahrscheinlichkeiten", İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Mecmuası

Avusturyalı matematikçi von Mises, Nazi Almanyası'ndan ayrıldıktan sonra 1933'ten 1939'a kadar İstanbul Üniversitesi'nde ders verdi. Doğum günü problemini ilk yayımlayan makalesi de bu dönemde, üniversitenin fen fakültesi dergisinde çıktı. Problemi on yıl kadar önce İngiliz matematikçi Harold Davenport'un da düşündüğü, ama yayımlamadığı aktarılır.

1959

Gardner'ın iki bulmacası

Martin Gardner, Scientific American, "Mathematical Games"

Gardner, Mayıs 1959'da iki çocuk problemini ("Bay Smith'in iki çocuğu var, en az biri erkek…") ve Ekim 1959'da üç mahkûm problemini yayımladı. Üç mahkûm problemi, Monty Hall'un kapı yerine hücrelerle anlatılmış neredeyse birebir aynısıdır. Gardner, iki çocuk probleminin soruluş biçimine göre farklı cevapları olabileceğini sonradan kendisi kabul etti.

1963 / 1975

Bir yarışma programı ve bir mektup

"Let's Make a Deal", sunucu Monty Hall; Steve Selvin, The American Statistician

ABD'de 1963'te başlayan "Let's Make a Deal" programında sunucu Monty Hall, yarışmacılara kapılar ve pazarlıklar sunuyordu. 1975'te istatistikçi Steve Selvin, dergiye yazdığı iki kısa mektupta bu programdan esinlenen problemi tanımladı ve çözümünü verdi. Problem, "Monty Hall problemi" adını bu mektuplardan aldı.

1974 – 1983

Sezginin haritası: kestirme yollar ve önyargılar

Daniel Kahneman ve Amos Tversky

İki psikolog, insanların belirsizlik altında karar verirken kullandığı zihinsel kestirme yolları ve bunların yol açtığı sistematik hataları inceledi. En ünlü deneylerinden "Linda problemi" (1983), katılımcıların çoğunun iki olayın birlikte gerçekleşmesini, tek başına birinden daha olası bulduğunu gösterdi; bu, olasılığın en temel kuralına aykırıdır. Kahneman, bu çalışmalar nedeniyle 2002'de Nobel Ekonomi Ödülü'nü aldı.

1990 – 1991

"Marilyn'e Sorun" ve on bin mektup

Marilyn vos Savant, Parade dergisi; John Tierney, The New York Times

Eylül 1990'da bir okur, vos Savant'ın köşesine bu soruyu gönderdi. vos Savant "değiştirin, kazanma şansınız iki katına çıkar" diye yanıtladı. Dergiye yaklaşık on bin mektup geldi, bunların yaklaşık bini doktoralı okurlardandı ve çoğu cevabın yanlış olduğunu söylüyordu. Tartışma 1991'de New York Times'ın ön sayfasına taşındı; Monty Hall'un kendisi de, gerçek programda her zaman değiştirme teklif etmediğini hatırlattı. Ünlü sayı kuramcısı Paul Erdős'ün de cevaba ancak bir bilgisayar simülasyonunu gördükten sonra ikna olduğu anlatılır.

1995

Doğru soru biçimi: doğal sıklıklar

Gerd Gigerenzer ve Ulrich Hoffrage, Psychological Review

Aynı Bayes problemi "yüzde" ve "olasılık" diliyle sorulduğunda katılımcıların çoğu yanılıyor; "1000 kişiden 10'u…" gibi doğal sıklıklarla sorulduğunda doğru cevap oranı belirgin biçimde artıyordu. Ders şuydu: sezgimiz bütünüyle bozuk değil, sorunun sunuluş biçimine çok duyarlı. Laboratuvardaki test aracı bu fikirle hazırlandı.

2010

Güvercinler insanlardan iyi

Walter Herbranson ve Julia Schroeder, Journal of Comparative Psychology

Monty Hall oyununun bir sürümünü defalarca oynayan güvercinler, birkaç hafta içinde neredeyse her seferinde değiştirmeyi öğrendi. Aynı deneyi tekrar tekrar oynayan insanlar ise en iyi stratejiye bu kadar yaklaşamadı. Araştırmacıların yorumu: güvercinler deneyimden öğreniyor, insanlar ise "sezgisel" ama yanlış bir modeli bırakmakta zorlanıyor.

2024 – 2025

Yapay zekâ da aynı tuzağa düşüyor

"Misguided Attention" derlemesi ve benzer topluluk denemeleri; hakemli çalışma değildir

Büyük dil modelleri, Monty Hall'un klasik hâlini kusursuz anlatıyor. Ama problemin değiştirilmiş biçimleri sorulduğunda (örneğin kapılar şeffafsa ya da amaç arabadan kaçmaksa) çoğu zaman ezberlenmiş "değiştirin" cevabını veriyor. Bu, insanlarda da görülen bir hatanın benzeri: tanıdık görünen bir problemi okumadan tanıdık cevapla yanıtlamak. Yapay zekâ ile bir konuyu çalışırken soruyu dikkatle kurmanın ve cevabı denetlemenin neden önemli olduğunu gösteren güzel bir örnek.

Kendi Elinizle

Olasılık laboratuvarı

Erdős'ü ikna eden bir simülasyondu. Aşağıdaki üç araçla aynı deneyi siz de yapabilirsiniz. Bernoulli'nin büyük sayılar yasası sayesinde, tur sayısı arttıkça gözlenen oranlar gerçek olasılıklara yaklaşır.

1. On bin tur Monty Hall

araç

Kapı sayısını ve sunucunun davranışını seçin, sonra binlerce turu birkaç saniyede oynatın. Grafik, iki stratejinin kazanma oranının turlar ilerledikçe nasıl dengeye oturduğunu gösteriyor. "Sunucu rastgele açar" seçeneğine de mutlaka bakın: sunucu arabanın yerini bilmeden kapı açarsa ne değişir?

Strateji karşılaştırma simülatörü
değiştirenkalankuramsal değerler

2. Bir sınıf oluşturun

araç

Kaydırıcıyla sınıf mevcudunu seçin. Eğri, en az iki öğrencinin aynı gün doğmuş olma olasılığını gösteriyor. "Yeni sınıf" düğmesi rastgele doğum günleri üretip takvime yerleştiriyor; aynı güne düşen öğrenciler kırmızıyla işaretleniyor. "1.000 sınıf" ile oranın formüle ne kadar yaklaştığını görün.

Doğum günü deneyi
23

3. Testiniz pozitif çıktı; ne kadar endişelenmelisiniz?

araç

Bayes teoreminin gündelik hayattaki en önemli uygulaması tarama testleridir. Bir durum toplumda yüzde bir oranında görülüyor olsun. Test, durumu olanların %90'ında pozitif sonuç veriyor, olmayanların ise %9'unda yanlışlıkla pozitif çıkıyor. Testiniz pozitif çıktıysa, durumun sizde gerçekten olma olasılığı nedir? Önce tahmin edin, sonra aşağıdaki 1000 kişilik tabloya bakın.

1000 kişi üzerinden Bayes teoremi
durumu var, test pozitifdurumu yok, test pozitifdurumu var, test negatifdurumu yok, test negatif

Varsayılan değerlerle cevap yaklaşık %9'dur: pozitif çıkan her on bir kişiden yalnızca biri gerçekten bu duruma sahiptir. Çünkü durumu olmayan 990 kişinin küçük bir yüzdesi bile, durumu olan 10 kişiden sayıca fazladır. Hekimler bu yüzden tek bir pozitif tarama sonucunu genellikle ikinci bir testle doğrular.

Araştırmacının Pusulası

Cevap neden doğru, sezgi neden yanlış? Derinlemesine bakış

Aşağıdaki sekiz başlık, iki paradoksun matematiğini, problemin hangi varsayımlara dayandığını ve insanların neden ısrarla yanıldığını ele alıyor. Her başlıkta bir durum etiketi var: kanıtlanmış, modelleme, soru biçimine bağlı ya da araştırma bulgusu.

1. Bayes teoremiyle tam çözüm

kanıtlanmış

1. kapıyı seçtiniz, sunucu 3. kapıyı açtı. \(A_i\), "araba \(i\). kapıda" olayı; \(S_3\), "sunucu 3. kapıyı açtı" olayı olsun. Başlangıçta her \(P(A_i)=1/3\). Sunucunun davranışı: araba 1'deyse 2 ile 3 arasında yazı tura atar, araba 2'deyse mecburen 3'ü açar, araba 3'teyse 3'ü asla açmaz:

\[ P(S_3\mid A_1)=\tfrac12,\quad P(S_3\mid A_2)=1,\quad P(S_3\mid A_3)=0 \;\;\Rightarrow\;\; P(S_3)=\tfrac13\Big(\tfrac12+1+0\Big)=\tfrac12 \]
\[ P(A_1\mid S_3)=\frac{P(S_3\mid A_1)\,P(A_1)}{P(S_3)}=\frac{\tfrac12\cdot\tfrac13}{\tfrac12}=\tfrac13 \qquad P(A_2\mid S_3)=\frac{1\cdot\tfrac13}{\tfrac12}=\tfrac23 \]

Formül, sezginin atladığı noktayı açıkça gösteriyor: sunucunun 3. kapıyı açması, araba 2'deyken 1'deyken olduğundan iki kat daha olasıdır. Kapının açılması tarafsız bir olay değil, bir bilgidir.

2. Her şey sunucunun kurallarına bağlı

modelleme

\(2/3\) cevabı, üç varsayıma dayanır: sunucu (1) arabanın yerini bilir, (2) her zaman boş bir kapı açar ve değiştirme teklif eder, (3) iki boş kapı arasında seçim yapabiliyorsa rastgele seçer. vos Savant'a itiraz edenlerin bir kısmı aslında bu varsayımların soruda yeterince açık olmadığını söylüyordu. Matematikçi Jeffrey Rosenthal, 2008'de bu varsayımları değiştiren sürümleri karşılaştırdı:

  • Sunucu rastgele açar ("Monty Fall"): sunucu düşüp yanlışlıkla bir kapıyı açıyor ve kapı boş çıkıyor. Bu durumda kalmak ile değiştirmek eşittir, ikisi de \(1/2\). Laboratuvardaki simülatörde deneyebilirsiniz.
  • Sunucunun bir tercihi var ("Monty Crawl"): seçim şansı olduğunda hep 3. kapıyı açıyor. 2. kapıyı açtıysa araba kesinlikle 3'tedir; 3. kapıyı açtıysa olasılıklar \(1/2\)'ye \(1/2\)'dir. Değiştirmek yine hiç zarar vermez.
  • Kötü niyetli sunucu ("Monty Hell"): sunucu yalnızca arabayı seçtiğinizde değiştirme teklif ediyor. O zaman değiştiren her zaman kaybeder. Gerçek Monty Hall da 1991'de New York Times'a, programda değiştirme teklifini her zaman yapmadığını, ne zaman yapacağına kendisinin karar verdiğini söylemişti. Böyle bir sunucuya karşı hiçbir strateji garanti değildir.

Matematik modellemenin dersi

Bir gerçek dünya durumunu matematiksel bir probleme çevirmek, kuralları açıkça yazmayı gerektirir. "Sunucu bir kapı açar" cümlesi, sunucunun nasıl karar verdiğini söylemedikçe eksiktir. Yarışma sorularını çözerken de ilk adım, sorunun hangi varsayımları kabul ettiğini bulmaktır.

3. Aynı problemin üç kılığı

kanıtlanmış

Bertrand'ın kutuları (1889), Gardner'ın üç mahkûmu (1959) ve Monty Hall (1975) aynı matematiksel yapıyı paylaşır. Bertrand'ın kutusunda, çekilen paranın altın çıkması, iki altınlı kutuda (iki altından biri) tek altınlı kutudakinden iki kat daha olasıdır:

\[ P(\text{AA kutusu}\mid \text{altın çekildi})=\frac{1\cdot\tfrac13}{\tfrac13\cdot1+\tfrac13\cdot\tfrac12+\tfrac13\cdot0}=\frac{1/3}{1/2}=\frac23 \]

Üç mahkûm probleminde gardiyanın "senden başka biri idam edilecek" diye bir isim söylemesi, sunucunun kapı açmasıyla aynı rolü oynar. Üç örnekte de hata aynıdır: geriye kalan iki seçeneğin, nasıl geride kaldıklarına bakmadan, eşit olasılıklı sanılması.

4. İki çocuk ve "salı doğmuş erkek"

soru biçimine bağlı

Bir ailenin iki çocuğu var. "En az biri erkek" bilgisiyle ikisinin de erkek olma olasılığı \(1/3\)'tür; çünkü EE, EK, KE, KK durumlarından KK elenir, kalan üçünden yalnızca biri EE'dir. "Büyük olan erkek" bilgisiyle ise cevap \(1/2\)'dir. 2010'da bulmaca tasarımcısı Gary Foshee bir adım ileri gitti: "en az biri salı günü doğmuş bir erkek" bilgisiyle cevap \(13/27\)'dir, yani \(1/2\)'ye çok yakın. Gün bilgisinin neden önemli olduğu, ancak bilginin nasıl elde edildiği belirtildiğinde netleşir. Aşağıda üç biçimi de simüle edebilirsiniz.

İki çocuk problemi simülasyonu (100.000 aile)

5. Doğum günü için hızlı bir kural: karekök

kanıtlanmış (yaklaşık formül)

\(1-x \approx e^{-x}\) yaklaşıklığı kullanılırsa, \(n\) kişi ve \(N\) olası gün için çakışma olasılığı şöyle olur:

\[ P(\text{çakışma}) \approx 1 - e^{-n(n-1)/(2N)} \qquad\Rightarrow\qquad n_{\%50} \approx \sqrt{2N\ln 2} \approx 1{,}18\sqrt{N} \]

\(N=365\) için \(1{,}18\sqrt{365}\approx 22{,}5\), yani 23 kişi. Kural yalnızca günlere değil, her türlü "çekmece"ye uygulanır: \(N\) olasılıklı bir sistemde, yaklaşık \(\sqrt N\) denemede bir çakışma beklenir. Bir de gerçek dünya düzeltmesi var: doğumlar yıl içine eşit dağılmaz (bayramlarda ve hafta sonlarında daha az doğum olur). 1970'lerde kanıtlandığı gibi, eşit olmayan her dağılım çakışma olasılığını artırır; yani 365 günlük eşit model, gerçeğe göre temkinli bir tahmindir.

6. Doğum günü saldırısı: şifrelemede karekök kuralı

araç-veri

Dijital imzalar ve parola sistemleri, bir dosyayı sabit uzunlukta bir "parmak izine" dönüştüren özet fonksiyonlarını (hash function) kullanır. Güvenlik, iki farklı dosyanın aynı parmak izini vermesinin (çakışma, collision) pratikte imkânsız olmasına dayanır. Parmak izi \(b\) bit uzunluğundaysa \(N=2^b\) olası değer vardır; ama doğum günü kuralı gereği bir çakışma bulmak için \(2^b\) değil, yalnızca yaklaşık \(2^{b/2}\) deneme yeter.

Özet fonksiyonuÇıktıDoğum günü sınırıDurum
MD5128 bit\(\approx 2^{64}\)2004'te çakışma bulundu, terk edildi
SHA-1160 bit\(\approx 2^{80}\)2017'de ilk pratik çakışma (yaklaşık \(2^{63}\) işlem), terk edildi
SHA-256256 bit\(\approx 2^{128}\)bugün güvenli kabul ediliyor

Tasarımcılar bu yüzden çıktı uzunluğunu, hedefledikleri güvenlik düzeyinin iki katı seçer. Şifrelemenin diğer yüzü için Sezar'dan RSA'ya yazısına bakabilirsiniz.

7. Neden ısrarla yanılıyoruz?

araştırma bulguları

Psikoloji araştırmaları, Monty Hall'da yanılgının birkaç ayrı nedeni olduğunu gösteriyor:

  • Eşit olasılık yanılgısı (equiprobability bias): "İki kapı kaldı, demek ki yarı yarıya." Seçeneklerin sayısı, olasılıkları belirlemez.
  • Bilginin nereden geldiğini görmemek: sunucunun kapı açması tarafsız bir rastlantı gibi algılanır; oysa sunucu bilerek davranır.
  • Pişmanlık korkusu ve sahiplenme: değiştirip kaybetmek, kalıp kaybetmekten daha acı verici bulunur. Donald Granberg ve Thad Brown'ın 1995'teki deneylerinde katılımcıların büyük çoğunluğu ilk seçiminde kaldı.
  • Sorunun biçimi: Gigerenzer ve Hoffrage'ın gösterdiği gibi, olasılıklar "1000 kişiden 10'u" biçiminde, yani doğal sıklıklarla anlatıldığında doğru cevap oranı belirgin biçimde artar.

Güvercin deneyi ve dil modelleriyle yapılan denemeler aynı noktaya işaret ediyor: deneyimden öğrenmek ile bir kalıbı tanıyıp ezber cevabı vermek farklı şeylerdir.

8. Simülasyon bir kanıt mıdır?

büyük sayılar yasası kanıtlanmış

Erdős'ü ikna eden şey simülasyondu, ama simülasyon bir kanıt değildir. Büyük sayılar yasası, deneme sayısı arttıkça gözlenen oranın gerçek olasılığa yaklaşacağını garanti eder; ancak sonlu sayıda denemeden yalnızca bir tahmin ve bir hata payı çıkar. 10.000 turda değiştirenin oranı yirmi denemenin on dokuzunda %65,7 ile %67,6 arasında çıkar; tam \(2/3\) olduğunu söyleyen ise yukarıdaki Bayes hesabıdır. İki yöntem birbirini tamamlar: simülasyon sezgiyi düzeltir ve hataları yakalar, kanıt kesinlik verir. Kollatz Konjektürü yazısında aynı ayrımın çok daha keskin bir örneği var: \(2^{71}\)'e kadar denenen bir iddia hâlâ kanıtlanmış sayılmıyor.

Terim Sözlüğü

Türkçe ve İngilizce temel terimler

Olasılık ve karar psikolojisi üzerine kaynakların büyük kısmı İngilizce. Aşağıdaki terimler, bu yazıdan sonra okuyacağınız kitap ve makalelerde aradığınızı bulmanızı kolaylaştırmak için hazırlandı.

TürkçeİngilizceKısaca
Örneklem uzayısample spaceBir deneyin bütün olası sonuçlarının kümesi
OlayeventÖrneklem uzayının bir alt kümesi
Tümleyen olaycomplementOlayın gerçekleşmemesi; \(P(A^c)=1-P(A)\)
Koşullu olasılıkconditional probabilityBir bilgi verildiğinde güncellenen olasılık, \(P(A\mid B)\)
Bağımsız olaylarindependent eventsBirinin gerçekleşmesi diğerinin olasılığını değiştirmeyen olaylar
Bayes teoremiBayes' theoremKanıt geldikçe olasılığı güncelleme kuralı
Ön olasılık / son olasılıkprior / posterior probabilityBilgiden önceki ve sonraki olasılık
Beklenen değerexpected valueOlası sonuçların olasılıklarıyla ağırlıklandırılmış ortalaması
Büyük sayılar yasasılaw of large numbersDeneme sayısı arttıkça gözlenen oranın olasılığa yaklaşması
Monte Carlo simülasyonuMonte Carlo simulationBir olasılığı çok sayıda rastgele deneme ile tahmin etme
Doğum günü problemibirthday problem / paradoxKüçük gruplarda bile ortak doğum günü olasılığının yüksek olması
Güvercin yuvası ilkesipigeonhole principle366 kişide iki kişinin doğum günü kesinlikle çakışır
Duyarlılık / özgüllüksensitivity / specificityTestin gerçek pozitifleri ve gerçek negatifleri yakalama oranı
Yanlış pozitiffalse positiveDurum yokken pozitif çıkan sonuç
Taban oranı yanılgısıbase rate fallacyGörülme sıklığını göz ardı ederek olasılığı yanlış tahmin etme
Doğal sıklıklarnatural frequencies"1000 kişiden 10'u" biçiminde anlatılan olasılık
Kestirme yollar ve önyargılarheuristics and biasesKahneman ve Tversky'nin araştırma programı
Birleşim yanılgısıconjunction fallacyİki olayın birlikte olmasını tek birinden olası sanma (Linda problemi)
Özet fonksiyonu / çakışmahash function / collisionVeriyi sabit uzunlukta parmak izine çeviren fonksiyon / aynı parmak izini veren iki girdi

Buradan Nereye?

Konuyu ilerletmek için doğru sorular

Aşağıdaki sorular, bir kitapta, bir ders notunda ya da bir yapay zekâ sohbetinde bu yazının bir adım ötesine geçmeniz için seçildi. Yapay zekâya sorarken bir uyarı: bu yazının konusu tam da ezber cevaplar. Cevabı bir simülasyonla ya da küçük bir örnekle kendiniz denetleyin.

  1. En az üç kişinin aynı gün doğmuş olma olasılığının %50'yi geçmesi için kaç kişi gerekir?

    Anahtar kelimeler: generalized birthday problem, multiple coincidences. Cevap 88 civarındadır; bunu laboratuvardaki araca benzer bir simülasyonla doğrulamayı deneyin.

  2. Bir veri kümesinin her alt grubunda doğru olan bir eğilim, bütün veride nasıl tersine dönebilir?

    Anahtar kelimeler: Simpson's paradox. Koşullu olasılığın sezgiye aykırı bir başka yüzü; üniversite kabul istatistikleri ve tedavi karşılaştırmaları ünlü örneklerdir.

  3. Ön olasılığı bilmediğimizde Bayes teoremini kullanmak meşru mudur?

    Anahtar kelimeler: Bayesian vs frequentist, prior. İstatistiğin iki büyük okulu arasındaki tartışma; Matematik Felsefesi yazısındaki "matematiksel nesneler nedir?" sorusuyla da bağlantılı.

  4. Ruletteki kırmızı serisi, bir sonraki turda siyahın gelme olasılığını artırır mı?

    Anahtar kelimeler: gambler's fallacy, independence. 1913'teki Monte Carlo kumarhanesi olayı ve "sıcak el" (hot hand) tartışmasının 2018'de yeniden açılması iyi başlangıç noktalarıdır.

  5. Beklenen değeri sonsuz olan bir oyuna neden kimse büyük para yatırmaz?

    Anahtar kelimeler: St. Petersburg paradox, Daniel Bernoulli (1738), expected utility. Olasılıktan karar kuramına ve ekonomiye geçişin kapısı.

  6. Rastgele görünen bir süreç ne zaman uzun vadede tahmin edilebilir hâle gelir?

    Anahtar kelimeler: Markov chain, random walk, stationary distribution. Kollatz Konjektürü yazısındaki "rastgele yürüyüş" modeli bu sorunun bir uygulaması.

Bu Sayfada

Sezgiyi düzeltmenin matematiği

İki paradoksun ortak dersi aynı: sezgimiz, olasılıkları seçeneklerin sayısından ya da kendi bakış açımızdan tahmin etmeye çalışıyor. Monty Hall'da kalan iki kapının eşit olduğunu, doğum gününde sorunun "benimle aynı gün" olduğunu sanıyoruz. Matematik bu yanılgıları iki yolla düzeltir: örneklem uzayını dikkatle kurmak ve bilginin nereden geldiğini hesaba katmak. Pascal ile Fermat'nın mektuplarından Kahneman'ın deneylerine uzanan bu hikâye, yarışma sorularında da karşımıza çıkan bir alışkanlığı öğretiyor: cevaba atlamadan önce soruyu tam olarak okumak.

Ne kanıtlandı?

Standart kurallarla değiştirmek \(2/3\), kalmak \(1/3\) kazandırır. 23 kişide ortak doğum günü olasılığı %50,7'dir; eşit olmayan dağılımlar bu olasılığı yalnızca artırır. \(b\) bitlik bir özet fonksiyonunda çakışma için yaklaşık \(2^{b/2}\) deneme yeter.

Ne hâlâ tartışılıyor?

Gerçek bir sunucunun kurallarını bilmediğimizde en iyi strateji nedir? İki çocuk probleminde "doğru" soru biçimi hangisidir? İnsanların olasılık sezgisi eğitimle ne kadar düzeltilebilir? Dil modelleri tanıdık problemlerin değiştirilmiş hâllerini gerçekten "akıl yürüterek" çözebilir mi?

Bir sonraki tartışmada "ikisi de yüzde elli" diyen biri çıkarsa, ona bu sayfadaki simülatörü gösterebilirsiniz. Erdős'ü de sonunda bir simülasyon ikna etmişti.

Kaynakça

Daha fazla okumak isteyenler için

Sayfadaki tarihler ve açıklamalar aşağıdaki özgün çalışmalara ve standart kaynaklara dayanmaktadır. Sayısal örnekler hesaplanarak doğrulanmıştır.

  • ~1564 / 1663G. Cardano, Liber de Ludo Aleae, ölümünden sonra Opera Omnia içinde yayımlandı, Lyon.
  • 1654B. Pascal ve P. de Fermat arasındaki mektuplar (Temmuz – Ekim 1654), puanlar problemi.
  • 1657C. Huygens, De Ratiociniis in Ludo Aleae, Leiden.
  • 1713J. Bernoulli, Ars Conjectandi, Basel (ölümünden sonra).
  • 1763T. Bayes, "An Essay towards solving a Problem in the Doctrine of Chances", Philosophical Transactions of the Royal Society, 53, 370-418.
  • 1812P.-S. Laplace, Théorie analytique des probabilités, Paris.
  • 1889J. Bertrand, Calcul des probabilités, Gauthier-Villars, Paris.
  • 1933A. N. Kolmogorov, Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Springer, Berlin.
  • 1939R. von Mises, "Über Aufteilungs- und Besetzungs-Wahrscheinlichkeiten", İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Mecmuası, 4, 145-163.
  • 1959M. Gardner, "Mathematical Games", Scientific American, Mayıs 1959 (iki çocuk problemi) ve Ekim 1959 (üç mahkûm problemi).
  • 1974A. Tversky ve D. Kahneman, "Judgment under Uncertainty: Heuristics and Biases", Science, 185(4157), 1124-1131.
  • 1975S. Selvin, "A Problem in Probability" ve "On the Monty Hall Problem" (okur mektupları), The American Statistician, 29(1), 67 ve 29(3), 134.
  • 1977A. G. Munford, "A Note on the Uniformity Assumption in the Birthday Problem", The American Statistician, 31(3), 119.
  • 1983A. Tversky ve D. Kahneman, "Extensional versus Intuitive Reasoning: The Conjunction Fallacy in Probability Judgment", Psychological Review, 90(4), 293-315.
  • 1990 – 1991M. vos Savant, "Ask Marilyn", Parade, 9 Eylül 1990 ve izleyen sayılar; J. Tierney, "Behind Monty Hall's Doors: Puzzle, Debate and Answer?", The New York Times, 21 Temmuz 1991.
  • 1995G. Gigerenzer ve U. Hoffrage, "How to Improve Bayesian Reasoning Without Instruction: Frequency Formats", Psychological Review, 102(4), 684-704.
  • 1995D. Granberg ve T. A. Brown, "The Monty Hall Dilemma", Personality and Social Psychology Bulletin, 21(7), 711-723.
  • 1998P. Hoffman, The Man Who Loved Only Numbers, Hyperion (Erdős ve simülasyon anekdotu).
  • 2005A. DasGupta, "The matching, birthday and the strong birthday problem: a contemporary review", Journal of Statistical Planning and Inference, 130, 377-389.
  • 2005X. Wang ve H. Yu, "How to Break MD5 and Other Hash Functions", EUROCRYPT 2005 (sonuçlar 2004'te duyuruldu).
  • 2008J. S. Rosenthal, "Monty Hall, Monty Fall, Monty Crawl", Math Horizons, 16(1), 5-7.
  • 2009J. Rosenhouse, The Monty Hall Problem: The Remarkable Story of Math's Most Contentious Brain Teaser, Oxford University Press.
  • 2010W. T. Herbranson ve J. Schroeder, "Are birds smarter than mathematicians? Pigeons (Columba livia) perform optimally on a version of the Monty Hall Dilemma", Journal of Comparative Psychology, 124(1), 1-13.
  • 2017M. Stevens, E. Bursztein, P. Karpman, A. Albertini ve Y. Markov, "The First Collision for Full SHA-1", CRYPTO 2017.
  • 2024 – 2025"Misguided Attention", değiştirilmiş mantık bulmacalarıyla dil modellerini sınayan açık topluluk derlemesi, github.com/cpldcpu/MisguidedAttention (hakemli değildir).
  • Genel başvuruW. Feller, An Introduction to Probability Theory and Its Applications, cilt 1, Wiley (3. baskı 1968); D. Kahneman, Thinking, Fast and Slow (2011), Türkçesi: Hızlı ve Yavaş Düşünme; G. Gigerenzer, Calculated Risks (2002).
Bu sayfa, Çekirgeler Eğitim blogunun matematik tarihi yazılarından biridir ve eğitim amaçlıdır. Tüm sayısal örnekler hesaplanarak ve simülasyonla doğrulanmıştır.