学好概率思维(4)——聊聊“大数定律”

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2018.04.30

赌徒参与的是“负和游戏”,长期参与最终的结局一定是亏损的。

而赌场老板参与的是“正和游戏”,长期参与最终一定是盈利的。

从直觉上讲,这个结论好像挺有道理。但这个结论的理论依据是什么呢?

那就是概率论中的“大数定律”。今天就聊一聊“大数定律”这个话题。

1.从一个赌博例子说起

有一个不均匀的硬币,每次扔这个硬币时,有51%的可能性是正面朝上,49%的可能性是反面朝上。

有一个不知道硬币缺陷的人愿意和你打赌玩猜硬币的游戏,猜对的把筹码全赢走,猜错的输掉筹码。这时你的地位就相当于赌场老板,因为这个游戏获胜的概率对你是有利的。

如果你手里有1000元钱,你愿意选择下面哪种方式来参加这个赌局呢?

方案A:1000元一次性全部押正面。

方案B:每次用1元押正面,一共参与1000次。

1)计算期望收益

对于这样的随机事件来说,首先要算一下期望收益是多少。

E(A)=0.51*1000+0.49*(-1000)=20

E(B)=E(B1)+E(B2)+...+E(B1000)

=0.02+0.02+...+0.02

=20

可以看出,两种方案的期望收益都是一样的。

2)计算标准差

首先计算方差:

D(A)=E(A^2)-[E(A)]^2=10^6-400=999600

D(B)=D(B1)+D(B2)+...+D(B1000)=1000*D(B1)=999.6

可以看出,两种方案的方差刚好差了1000倍。

各自的标准差是:

Std(A)=999.8

Std(B)=31.6

可以看出,方案B的标准差远远小于方案A。

如果计算夏普比率的话:

Sharp(A)=E(A)/Std(A)=0.02

Sharp(B)=E(B)/Std(B)=0.63

可以看出,方案B在获得了同样期望收益的情况下,承担了更小风险,从而有着更大的夏普比率。因此方案B是优于方案A的。

从这个例子可以看出,对于期望收益为正的游戏,我们持续的、大量的参与,就能获得更低的风险。

2.赌本扩展到10万元的游戏

如果手里面不是有1000元钱,而是有10万元钱。还是以下两种方案:

方案A:一次把10万元全押正面

方案B:每次押1元,押10万次

我们首先计算期望收益:

E(A)=2000,E(B)=2000

然后再计算标准差:

Std(A)=99980,Std(B)=316

夏普比例为:

Sharp(A)=0.02,Sharp(B)=6.32

如果我们算一下两种方案各自的亏损的概率,那么可以发现:

A方案亏损的概率就是49%,而B方案亏损的概率几乎为0!

为什么呢?因为B方案的期望收益为2000,标准差为316,如果B要亏损,必须发生6倍多标准差以外的一个事件。如果B是服从正态分布的话(后面讲的中心极限定理保证了B就是服从正态分布),这几乎是一个不可能发生的事件。下图是期望收益为2000,标准差为316的正态分布概率密度函数图。可以看出,发生负收益的可能性几乎为0。

3.大数定律与中心极限定理

在大学理工类和经管类专业中,概率论都是必修课。在概率论这门课中有两个很重要的定律:一个是大数定律,另一个是中心极限定理。

大数定律的通俗解释是:当样本数量趋于无穷时,样本的均值一定是趋向于样本的期望值的。

通过大数定律就可以理解为什么赌场老板长期不会亏钱。赌场老板如果参与的是正和游戏,他的期望收益是正的。当他持续参与时,多次赌博的平均收益就是他期望收益,这是个正收益,因此他是能长期盈利的。

中心极限定理指出:在独立同分布的情况下,样本值的和在数量趋于无穷时的分布近似于正态分布。

通过中心极限定理,我们也可以理解持续参与正和游戏是一定盈利的。由于正和游戏的期望收益都是正的,那么多次参与正和游戏后,总的期望收益是每一次期望收益之和。多次参与后,这个期望收益会越来越大。但标准差增长的幅度却没有期望收益增长那么快,增长幅度是参与次数的开根号。

因此,随着参与次数的增加,期望收益与标准差之比越来越大。从前面的例子可以看出,参与1000次,期望收益与标准差之比是0.63。而参与10万次,期望收益与标准差之比是6.3。随着参与次数继续增多,这个比率会越来越大。

我们知道,在正态分布情况下,3倍标准差外的事件都是小概率事件,6倍标准差几乎就是不可能发生的事件。所以,随着参与次数的增加,持续参与正和游戏而亏损的可能性就越来越低,到了一定程度就几乎为0了。

同样的,做为赌场老板的对立面,赌徒的命运也是跑不出大数定律和中心极限定理的。

由于赌徒参与的是负和游戏,每一次的期望收益都是负的,所以持续参与,一定能获得他的平均收益,也就是负收益。平均都是负的,参与次数又多,不倾家荡产才怪。

随着赌徒参与次数的增加,他输钱的期望值的绝对值与标准差之比也越来越大,赢钱变成了一件几乎不可能实现的事件,那么亏钱也就几乎是个必然事件了。下表计算了赌场老板持续参与胜率为51%的游戏的结果。

表1持续参与胜率为51%的游戏的结果

赌场老板亏钱的可能性

(赌徒获利的可能性)

下图是期望收益为-2000,标准差为316的正态分布概率密度函数图。可以看出,发生正收益的可能性几乎为0。

4.举一反三

从上面的例子和分析可以看出,做投资如果持续参与正和游戏,长期坚持下来,一定是获利的。下面再举几个例子,希望起到抛砖引玉的效果。

1)赌场老板设置赔率不均衡

上面的例子是概率对赌场老板有利,其实赌场老板不光追求概率有利,赔率有利时他也是很高兴的。总之他追求的正和游戏,也就是期望收益为正的游戏。

如果还是猜硬币的游戏,但硬币是均匀的,向上和向下各有50%的可能性。如果赌徒猜对了,赢1块钱;猜错了,输1.1元。那么对于赌徒来说,同样是个期望收益为负的游戏,也就是负和游戏。对赌场老板来说,则是个正和游戏。

澳门或者拉斯维加斯的赌场老板们,购买那些老虎机的时候,早就在程序里设置好了。或者是概率对自己有利,或者是赔率对自己有利,总之是期望收益为正。大量的赌徒持续的参与这样的游戏,保证了赌场老板一定是盈利的。

2)封闭式基金折价套利

我以前反复提到过封闭式基金是个好的投资品种。封闭式基金由于有折价,持有到期后,折价一定会消失的。这个折价消失的过程,对于封闭式基金持有人就是个正和游戏。

持有到期后,大盘有可能涨,有可能跌。姑且认为大盘涨和跌的概率各是50%吧(其实大盘是个长期向上的过程,涨的概率是大于50%的),加上封闭式基金的折价缩小,那么就变成了一个获胜概率超过50%的游戏,即正和游戏。

参与每一次封闭式基金的封转开,都不保证一定是盈利的,但这一定是个正和游戏。长期持续参与这样的游戏,最终的结果一定是盈利的。

3)股指期货吃贴水套利

股指期货在贴水的情况下,其实就相当于封闭式基金折价。股指期货到期交割时,贴水一定会消失的。做多贴水的股指期货,也是不保证每次都盈利,但是个获胜概率大于50%的正和游戏。

4)开放式基金停牌股套利

有些股票被借壳重组或者有重大的利好消息,复牌时往往有若干个连续涨停。这时候瞪眼、眼红、干着急都是买不到的。但如果我们申购重仓这只股票的开放式基金,则可以搭个顺风车,随着基金净值的增长而获利。

5)分级基金下折套利

去年股灾期间,发生了多次分级基金A类的下折,分级基金A类的下折套利空间往往有3%-5%。如果大盘在套利期间继续大幅下跌,套利也是有可能发生亏损的。

但如果我们心里明白:这是风险收益不对称的游戏,获利的可能性远远大于亏损的可能性,那么我们就可以勇敢的参与下折套利。事实上,在股灾期间,我参与了多次下折套利,从而在股灾期间继续获得收益,目前的个人证券资产比股灾前的最高点又高出了不少。

5.投资大师们的大数定律

世界上最成功投资大师有两类:一类是以巴菲特为代表的价值投资派,另一类是以西蒙斯为代表的量化投资派。

巴菲特的投资思路是低价拿好股,并且长期持有。这表面上看起来和大数定律没什么关系,但长期持有其实就是在利用大数定律。好公司每天都在赚钱,明天的公司就比昨天的公司价值多了一些。所以持有优质公司,本身就是一个正和游戏。长期参与正和游戏,当然会源源不断的赚钱了。

而西蒙斯更是直接用的大数定律。他利用各种数学模型,发现市场上的正和游戏的机会,大量的参与。每次参与交易的期望收益都是正的(但并不保证每一次都是盈利的),长期参与这样的游戏,最终也是稳稳的获利了。

THE END
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