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segunda-feira, 12 de dezembro de 2011

O Pôquer e suas combinações e probabilidades

O Pôquer é um jogo onde para vencer é preciso ter a combinação de cartas com menor probabilidade de ocorrência, tornando a combinação mais valiosa. A regra do Pôquer determina algumas combinações de cartas que são denominadas "mãos". São elas, em ordem decrescente de valor: sequência de naipe real, sequência de naipe, quadra, trinca e par, mesmo naipe, sequência, trinca, dois pares e um par. As mãos mais valiosas são mais difíceis de aparecer em um jogo de Pôquer.

Um baralho de Pôquer tem 52 cartas, 13 de cada naipe, do 2 ao Ás. Cada mão utiliza 5 cartas e em um arranjo simples, o número de maneiras diferentes que pode-se pegar 5 cartas de 52 é A(n,p) = n!/(n-p)! = 52!/(52-5)! = 311.875.200. Ou pela regra do produto, do princípio fundamental da contagem, este número é dado por n * (n-1) * (n-2) * ... * (n-p+1) = 52 * 51 * 50 * 49 * 48 = 311.875.200.

Mas, no arranjo simples, calcula-se os agrupamentos ordenados de 5 cartas distintas, que se podem formar com as 52 cartas do jogo, ou seja, a ordem das cartas modifica o grupo. E para um jogo de Pôquer não importa a ordem na qual um jogador recebe as cartas. Trata-se da ordem na qual as cartas são retiradas do maço e não da ordem para a mão, na composição de uma sequência por exemplo, pois para obter uma sequência não precisa retirar as 5 cartas já na ordem da sequência.

Assim, utiliza-se o cálculo de combinação simples para determinar o número de maneiras diferentes que se pode pegar 5 cartas de 52. Onde C(n,p) = n!/(p!(n-p)!) = 52!/(5!(52-5)!) = 2.598.960.

Como existem P(5) = 5*4*3*2*1 = 120 modos diferentes de arranjar as 5 cartas, então deve-se reduzir em 120 vezes o número do arranjo simples, dividindo o cálculo prévio por 120 para obter (52*51*50*49*48) / (5*4*3*2*1) = 311.875.200 / 120 = 2.598.960.

C(n,p) = A(n,p)/P(p) = (n!/(n-p)!)/p! = n!/(p!(n-p)!) = 2.598.960, estas são as diferentes maneiras que pode-se pegar 5 cartas de 52, pois a ordem não importa. Muitas delas serão mãos valiosas, algumas mais fáceis de se obter, outras nem tanto.

Além deste número total de combinações, de 5 cartas em 52, pode-se calcular quantas combinações existem para cada mão do Pôquer, isto é, em quantas mãos diferentes são possíveis formar uma sequência, ou uma quadra, ou uma trinca etc.

Começando pela mão mais valiosa, a sequência de naipe real é formada pelas cartas de valor 10 ao Ás, todas do mesmo naipe. Como no baralho há 4 naipes então só existem 4 sequências de naipe reais possíveis.

A sequência de naipe pode ser determinada pelo valor da menor carta e esta menor carta deve ser menor que 10. Assim, existem 9 cartas por naipe adequadas para ser a menor carta da sequência, do Ás ao 9, totalizando 36 cartas. Desta forma, tem-se 36 sequências de naipe possíveis.

Para formar uma quadra, existem 13 valores disponíveis e 48 cartas disponíveis para ser a quinta carta da mão. Existem 13 * 48 = 624 quadras possíveis.

Para formar uma trinca e um par, existem 13 valores para a trinca e 12 valores para o par. Dentre as cartas de mesmo valor há 4 formas de montar uma trinca e 6 formas de montar um par, com os 4 naipes diferentes. Existem 13 * 12 * 4 * 6 = 3744 trincas e pares possíveis.

Para formar 5 cartas do mesmo naipe, temos por naipe C(13,5) = 13!/(5!(13-5)!) = 1287 combinações possíveis. Porém 10 delas também são sequências de naipe então devem ficar de fora, 1287 - 10 = 1277. São 4 naipes, portanto, existem 1277 * 4 = 5108 combinações possíveis de 5 cartas do mesmo naipe.

Para formar uma sequência com naipes distintos, 40 cartas são adequadas para ser a mais baixa da sequência. A partir desta, há 4 possibilidades para cada uma das 4 cartas restantes. Excluindo as sequências de naipe, real ou não, existem 40 * 4 * 4 * 4 * 4 - 40 = 10.200 sequências possíveis.

Para uma trinca, existem 13 valores em cada naipe para a trinca e C(12,2) * 4 naipes = 12!/(2!(12-2)!) * 4 = 66 * 4 = 264 combinações para as 2 cartas restantes. Há 4 formas de montar uma trinca com cartas do mesmo valor, então, existem 13 * 4 * 264 * 4 = 54.912 trincas possíveis.

Para formar dois pares, há C(13,2) = 13!/(2!(13-2)!) = 78 conjuntos de dois valores dos pares e 6 formas de montar cada par, além de 11 * 4 = 44 cartas para compor a quinta carta. Existem 78 * 6 * 6 * 44 = 123.552 possibilidades de formar dois pares.

E para formar um par, existem 13 valores em cada naipe para o par e 6 formas de montar um par com cartas do mesmo valor. Há ainda C(12,3) * 4 naipes = 12!/(3!(12-3)!) * 4 = 880 combinações para as outras três cartas e 4 formas de montar estas três cartas restantes. Existem 13 * 4 * 6 * 880 * 4 = 1.098.240 pares possíveis.

Estas foram as combinações das mãos com algum valor, mas é possível também ter uma mão ausente de valor, que são as combinações restantes até o total.

Em uma mão que não contenha alguma das combinações valiosas, ou seja, uma mão com nada, onde no jogo, considera-se apenas o valor da carta mais alta, temos C(13,5) = 13!/(5!(13-5)!) = 1287 possibilidades de 5 cartas em 13. Contudo 10 possibilidades formam uma sequência e desconsiderando-as, ficam 1277. Cada uma das cinco cartas pode ser de um dos quatro naipes, 4 * 4 * 4 * 4 * 4 = 1024, entretanto elas todas não podem ser do mesmo naipe, isto são 4 possibilidades para desconsiderar, uma pra cada naipe, 1024 - 4. Assim, existem 1277 * (1024 - 4) = 1.302.540 combinações sem valor.

Outra forma de calcular é somando todas as combinações das mãos valiosas e subtrair este valor do número total de combinações, pois 2.598.960 - (4 + 36 + 624 + 3744 + 5108 + 10.200 + 54.912 + 123.552 + 1.098.240) = 1.302.540.

Tendo o valor que representa todo o universo de combinações de 5 cartas em 52 e a quantidade de combinações para cada mão, é possível calcular a probabilidade de uma mão aparecer durante um jogo de Pôquer. Uma combinação de uma mão valiosa dividida pelo total resulta na probabilidade de ocorrer a respectiva mão.

A tabela abaixo ilustra as probabilidades para cada mão do Pôquer:

Mão                  Combinações    Probabilidade

Sequência Real                 4    0,000001539
Sequência de Naipe            36    0,000013852
Quadra                       624    0,000240096
Trinca e Par               3.744    0,001440576
Naipe                      5.108    0,001965402
Sequência                 10.200    0,003924647
Trinca                    54.912    0,021128451
Dois Pares               123.552    0,047539016
Um Par                 1.098.240    0,422569028
Nada                   1.302.540    0,501177394

Pela tabela acima percebe-se que as chances de uma mão vir com nada são de aproximadamente 50%. A menor probabilidade proporciona o maior valor para a mão. Por isso que a sequência de naipe real é a mão mais valiosa, sua probabilidade é extremamente baixa. Para se ter uma ideia, a probabilidade de acertar os seis números da Mega-Sena é 0,000000020, apenas 77 vezes menor que a probabilidade da sequência de naipe real.


Saiba mais sobre análise combinatória (http://dan-scientia.blogspot.com/2009/12/analise-combinatoria.html) e probabilidade (http://dan-scientia.blogspot.com/2010/01/probabilidades.html).

quarta-feira, 9 de dezembro de 2009

Análise Combinatória

A Análise Combinatória é um conjunto de métodos que possibilita a contagem de agrupamentos diferentes formados a partir de um número finito de elementos de um conjunto. Os agrupamentos de p elementos são formados a partir de um conjunto com n elementos, com p<=n.

Arranjos, Permutações ou Combinações são os três tipos principais de agrupamentos, sendo que aqui trataremos os simples ou com repetição.

Princípio Fundamental da Contagem

Alguns problemas de análise combinatória normalmente podem ser resolvidos através de duas regras básicas: a regra da soma e a regra do produto.

Se um elemento pode ser escolhido de m formas e um outro elemento pode ser escolhido de n formas, então a escolha de um ou outro elemento se realizará de m + n formas diferentes. É a regra da soma.

Exemplo:

Em uma sacola existem 7 peças brancas e 5 peças pretas. Em um jogo de sorteio, qual o número máximo de pessoas para participar sendo que cada pessoa pegue apenas uma peça da sacola?

Resposta: 7 + 5 = 12 pessoas

Se um primeiro acontecimento pode ocorrer de p1 modos diferentes, um segundo acontecimento de p2 modos diferentes e, sucessivamente, um enésimo acontecimento de pn modos diferentes, sendo p1, p2, ..., pn eventos independentes, então o número de modos diferentes em que os n acontecimentos podem ocorrer é p1 x p2 x ... pn. É a regra do produto.

Exemplo:

Os números de telefones possuem 8 algarismos. Quantos números podem existir sabendo que não podem começar com zero?

Resposta: 9x10x10x10x10x10x10x10 = 90.000.000 números

Arranjo Simples

Denomina-se arranjo simples de n elementos tomados p a p (n>=p) os agrupamentos ordenados de p elementos distintos que se podem formar com os n elementos dados. O arranjo simples não considera a repetição dos elementos.

O arranjo simples nada mais é do que a regra do produto, do princípio fundamental da contagem, no qual em cada evento subsequente é reduzido em menos 1 o número de modos diferentes.



Exemplo:

Utilizando os 10 algarismos para formar uma senha com 4 algarismos distintos, quantas senhas diferentes podem ser formadas?

Resposta:

A(10,4) = 10!/(10-4)! = 5040 senhas

ou

A(10,4) = 10*9*8*(10-4+1) = 10*9*8*7 = 5040 senhas

Arranjo com Repetição

No arranjo com repetição não há a exclusão da possibilidade de um elemento repetir-se na formação de um agrupamento.



Exemplo:

Uma placa de automóvel é formada por 3 letras mais 4 algarismos, quantas placas diferentes podem ser formadas?

Resposta:

AR(26,3) * AR(10,4) = 26^3 * 10^4 = 175.760.000 placas

Como podem observar, para resolver um arranjo com repetição também utiliza-se basicamente da regra do produto do princípio fundamental da contagem.

Permutação Simples

Chama-se de permutação simples de n elementos todo arranjo simples de n elementos tomados n a n. Então permutação simples é o tipo de agrupamento ordenado em que cada grupo recebe todos os elementos.



Exemplo:

Qualquer ordenação das letras de uma palavra é denominada anagrama. Quantos anagramas tem a palavra LIVRO?

P(5) = 5! = 120 anagramas

Permutação com Elementos Repetidos

Se entre os elementos existem elementos repetidos, não adianta realizar a permutação entre eles pois não será alterado o agrupamento.

De um modo geral, se temos n elementos a serem permutados, dentre os quais p elementos são iguais, para cada permutação temos p! repetições, totalizando n!/p! permutações.



Exemplo:

Quantos anagramas tem a palavra PARA?

P(4;2) = 4!/2! = 12 anagramas

Para n elementos com p1 elementos iguais, p2 elementos iguais e assim sucessivamente até pr elementos iguais, temos n!/p1!p2!...pr!.



Exemplo:

Quantos anagramas tem a palavra RESSACA?

P(7;2,2) = 7!/2!2! = 1260 anagramas

Combinação Simples

Combinação é o tipo de agrupamento em que a ordem dos elementos dentro do grupo não altera o agrupamento.

O número de combinações de n elementos em grupos de p elementos é igual ao número de arranjos de n elementos tomados p a p, dividido pela permutação de p.



Exemplo:

Quantos jogos diferentes de 6 números podem ser formados com os 60 números da megasena?

C(60,6) = 60!/6!(60-6)! = 50.063.860 jogos

Combinação com Repetição

Na combinação com repetição todos os elementos podem aparecer repetidos em cada grupo até p vezes. E da mesma forma, a ordem dos elementos não altera o agrupamento.

A combinação com repetição é igual a combinação simples de n+p-1 elementos tomados p a p.



Exemplo:

Seja um conjunto com os elementos {A,B,C,D}, quantas combinações com repetição existem com os elementos tomados 2 a 2?

Resposta:

CR(4,2) = (4+2-1)!/2!((4+2-1)-2)! = 10 combinações

Concluindo, nos arranjos e nas permutações a posição dos elementos diferencia os agrupamentos e nas combinações a posição dos elementos não diferencia. Vemos a diferença disto comparando a formação de um número de telefone, no qual a mudança de posição muda o número, com um jogo da megasena, onde a ordem dos números não altera o resultado.