Categoría: Matemáticas para entender cosas

  • El dilema del prisionero y otros juegos

    El dilema del prisionero y otros juegos

    Escribo un artículo que creo que quedará un poco largo sobre diferentes problemas de lo que se conoce como Teoría de Juegos. La Teoría de Juegos es un campo de las matemáticas que aparece muy a menudo en el campo de la economía. Son situaciones en las que se investigan estrategias óptimas ante la toma de decisiones. Interviene también la psicología, la filosofía y otras ciencias, pero analizándolo fríamente, todo parece un problema de maximizar beneficios.

    Si bien ya se hablaba de este tipo de situaciones en el siglo XVIII, no es hasta entrado el siglo XX, y especialmente durante la Guerra Fría, cuando varios matemáticos, destacando entre ellos John Von Neumann (del que destacó también su colaboración con el Proyecto Manhattan y la bomba atómica, pero también sus grandes contribuciones a la computación) y John Forbes Nash (Premio Nobel de Economía en 1994 y mundialmente conocido tras la película «Una mente maravillosa»), desarrollaron las bases de esta rama de las matemáticas.

    Para desarrollar en qué consiste la Teoría de Juegos, vamos a empezar con este «Dilema del Prisionero», desarrollado por varios matemáticos de RAND (Reserarch ANd Development), un laboratorio de ideas de las fuerzas armadas estadounidenses.

    Usted y otra persona colaboran para cometer un crimen. Después, son detenidos por la policía y los dos sospechosos son ubicados en celdas separadas y sin ningún tipo de posibilidad de comunicarse. La policía le ofrece a usted y a su cómplice un trato idéntico.

    • Si ambos sospechosos niegan el crimen, serán condenados a 1 año de prisión.
    • Si usted confiesa el crimen y su cómplice lo niega, usted saldrá absuelto, y su cómplice será condenado a 10 años de prisión.
    • Si usted niega el crimen y su cómplice lo confiesa, él saldrá absuelto y usted será condenado a 10 años de prisión.
    • Si ambos confiesan el crimen, los dos serán condenados a 5 años de prisión.
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    En resumen, la situación es esta:

     El cómplice lo niegaEl cómplice confiesa
    Usted lo niegaLos dos 1 añoUsted 10 años / Él libre
    Usted lo confiesaUsted libre / Él 10 añosLos dos 5 años

    Fijémonos en que tenemos dos opciones: o negamos el crimen cooperando con nuestro cómplice, o lo traicionamos y confesamos. Obviamente, la situación puede ser distinta (y ahí interviene la psicología) si conocemos a la otra persona. Si es un amigo o familiar nuestro, probablemente confiaríamos en él y negaríamos el crimen (colaboraríamos), porque seguramente él haría lo mismo. Pero en una situación más general, no sabemos qué hará nuestro cómplice.

    Pensándolo ahora desde un punto de vista egoísta, si sabemos que nuestro cómplice lo negará, nuestra opción óptima es confesar, ya que así nosotros saldríamos libres. Si el cómplice confiesa, nuestra mejor opción vuelve a ser confesar, ya que es preferible pasar 5 años en prisión a pasar 10. En cambio, si se piensa en el bien común, lo mejor para ambos es callarse y pasar un año en prisión.

    El Giro de Italia y otros dilemas reales

    Podemos pensar en esta situación como una muy extraña, pero pensemos en otra parecida. Dos ciclistas van escapados en una etapa del Giro de Italia respecto al pelotón.

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    El ciclista que va en cabeza tiene el viento de cara tiene más dificultades para avanzar, mientras que el que va detrás va más cómodo. Los ciclistas pueden optar por cooperar, es decir, ir relevándose para llegar con éxito al final de la etapa y tener posibilidades de victoria. También podría darse el caso que sólo colaborara uno de ellos poniéndose en cabeza. Este llegaría más cansado al final de la etapa y con bastante seguridad el otro sería el vencedor. También podría pasar que no colaborasen, y en este caso, serían atrapados por el pelotón.

    De forma simple, sería algo así:

     El otro colaboraEl otro no colabora
    Usted colaboraUno de los dos ganaÉl gana
    Usted no colaboraUsted ganaEl pelotón alcanza

    Hay que tener en cuenta que, en esta situación existe una diferencia respecto el dilema inicial: en este dilema la situación puede repetirse en el futuro, y si usted «traiciona» al compañero, en una etapa más adelante la decisión del otro (o de alguien de su equipo) puede ser distinta. Así pues, suele acabar siendo más aconsejable colaborar de cara a futuros eventos. De hecho, nuestra sociedad, aunque individualista, está hecha para cooperar y así sobrevivir.

    Más adelante veremos cómo estas hipotéticas situaciones también aparecieron y fueron muy importantes en la Guerra Fría, o incluso hoy en día son importantes en algunas decisiones estratégicas a nivel global.

    El dilema del prisionero iterativo

    Estas situaciones se acaban resumiendo en matrices numéricas, donde a cada casilla se le pondría una cifra que cuantificaría las ganancias o pérdidas.

    Supongamos ahora la situación del dilema del prisionero, con las dos opciones (colaborar o desertar), pero ahora con un beneficio determinado en cada decisión (lo que se conoce como «matriz de pagos»). Quedaría algo así:

     El otro colaboraEl otro deserta
    Usted colabora20 € / 20 €0 € / 30 €
    Usted deserta30 € / 0 €10 € / 10 €

    Supongamos que esta situación se produce un número de veces (pongamos, por ejemplo, que se hace 100 veces). ¿Cuál sería la mejor estrategia?

    Supongamos que decidimos desertar siempre. Eso nos asegura ganar, como mínimo, 1000 € en total (suponiendo que la otra persona deserta también siempre, serían 10 € cada partida). Pero si hubiéramos hablado habríamos visto que colaborando ambos podríamos haber conseguido 2000  (20€ por partida). Sin embargo, ¿estamos seguros que el otro siempre colaborará? Si no es así, colaborando siempre sólo estaríamos «haciendo el primo» y permitiendo que el otro se lleve los beneficios.

    Otra opción sería escoger, de forma aleatoria, una estrategia u otra, aunque hacerlo así tampoco asegura muy buenos resultados.

    Robert Axelrod llevó a cabo, en 1984 un experimento por ordenador, que desarrolló en su libro The evolution of cooperation, enfrentando entre ellas diversas estrategias para ver cuál de ellas funcionaba mejor. La clave era intentar «comunicarse» con el otro, para hacerle ver que lo mejor era colaborar, y si no lo hacía, «vengarse». En este sentido, la que resultó más efectiva es la conocida como «Tit for tat» (Toma y daca). Consiste en lo siguiente:

    En la primera partida, se coopera. En las siguientes, se hace justo lo que ha hecho el oponente en la partida anterior. Si el oponente coopera en la partida número 10, usted lo hace en la 11. Si el oponente deserta en la 23, usted deserta en la 24. De esta forma, se tiende la mano para cooperar en la primera partida, y si el otro coopera esto seguirá así como en la primera estrategia, pero si el otro no coopera, entonces llega la «venganza» (donde las dan, las toman). Esta estrategia, amable pero defensiva, se mostró la más eficaz en ese experimento, obteniendo mayores ganancias que el resto de estrategias.

    Así pues, parece que lo mejor es ayudarse, pero estar alerta por si los demás deciden no hacer lo mismo, y actuar en consecuencia.

    He sacado algunas ideas del interesantísimo libro de William Poundstone titulado, precisamente, El dilema del prisionero, y tengo futuras historias y variantes para ir comentando, ya que el tema da mucho de sí. ¡Espero vuestros comentarios!

  • ¿Cómo hacer preguntas en estadística?

    ¿Cómo hacer preguntas en estadística?

    Muy buenas, dado que actualmente estoy explicando estadística a mis alumnos que quieren acceder a Ciclos Formativos de Grado Superior, han salido (como es habitual en este tema) preguntas muy interesantes: cómo hay que obtener las muestras para que salgan datos fiables, cómo nos engañan los gráficos, etc.

    De los libros de la colección El mundo es matemático, editados por RBA y que han ofrecido tanto La Vanguardia (que fue cómo los conseguí), como El Mundo, hay un libro que he encontrado especialmente interesante, y es La certeza absoluta y otras ficciones, de Pere Grima. Este libro nos explica la estadística que vemos en la calle, y nos enseña herramientas para entenderla mejor.20080217elpepivin_1

    Uno de los aspectos que más me ha gustado es el de cómo se hacen las encuestas. Por ejemplo, habla de cómo se formulan las preguntas, y de cómo pueden influir éstas en el encuestado (y luego, evidentemente, ponemos el titular impactante). Allí, el autor comenta un caso en el que propusieron una misma pregunta (financiación de partidos políticos por parte de empresas), y según cómo se planteaban las preguntas podían salir resultados contradictorios. Un ejemplo parecido sería el siguiente:

    • ¿Cree Ud. que debería prohibirse que un Gobierno pueda aumentar de forma desmesurada los impuestos?
    • ¿Cree Ud. que habría que permitir, para evitar el recorte excesivo en servicios públicos, el aumento moderado de algunos impuestos como medida excepcional y temporal?

    Probablemente, planteadas por separado, a cada una de estas preguntas contestaríamos que sí, lo cual demuestra que, cambiando el texto de la pregunta, podemos llegar a resultados contradictorios.

    Por otro lado, otra cuestión que me ha resultado muy interesante es cómo obtener información confidencial sin que el entrevistado lo comunique explícitamente. Me explico: ante determinadas preguntas, como si han sido víctimas de violencia de género, consumo de drogas, si han cometido algún delito, etc. lo más probable es que el 100% de los encuestados conteste que no. ¿Cómo se hace, entonces, para que contesten que sí? Pues en este libro explica un método. Plantearemos, por ejemplo, la pregunta de si el encuestado ha consumido cocaína.

    En primer lugar, planteamos una situación en la que aparezca el azar al 50%. Por ejemplo, lanzar una moneda, o sacar una carta en la que la mitad de las cartas son de rojas y la otra mitad negras (poker). Plantearemos el caso de la moneda.

    • El entrevistado lanza la moneda y él, y sólo él, observa el resultado.
    • Si el resultado es cara, contesta, «sí».
    • Si el resultado es cruz, contesta a la pregunta (con un «sí» o «no»).

    De esta manera, si el encuestado ha dicho «sí», no sabemos si es por el resultado de la moneda, o porque ha contestado «sí» a la pregunta. Supongamos que hay 700 personas de un total de 1000 que han dicho que sí. Como la moneda tiene la probabilidad al 50%, habrá 500 que han obtenido «cara» y las otras 500 «cruz». Por lo tanto, en total tendremos:

    • 500 personas que han dicho «sí» porque ha salido «cara».
    • 200 personas que han dicho «sí» porque ha salido «cruz», y realmente han contestado «sí» a la pregunta.
    • 300 personas que han dicho «no», porque ha salido «cruz», y han contestado «no» a la pregunta.

    Dado que las únicas personas «fiables» son las 500 que han tenido «cruz», podemos concluir que \frac{200}{500} = 40\% de la gente ha contestado «sí» a la pregunta.

    La verdad es que este mundo es muy interesante, lo iremos desgranando en breve.

  • La lotería y algunos falsos mitos

    La lotería y algunos falsos mitos

    Aprovechando que mañana se celebra el sorteo de Navidad, que todos seguiremos con ansia para ver si nos toca y podemos retirarnos a la vida contemplativa, vamos a hablar de algunos mitos y bulos que van corriendo por ahí sobre la lotería. Para ello, usaré algunas noticias de los periódicos, recuperando el estilo de mi clausurado blog La perla del día.

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    La lotería discrimina a los ricos (ABC, 21/12/2012)

    Impactante titular. Según esta noticia, en el barrio de La Moraleja, una de las zonas más exclusivas de Madrid, nunca ha tocado el Gordo de la lotería, motivo por el cual asumen que se ha perdido el interés en la lotería y las dos únicas administraciones que quedaban han cerrado. ¿No será que la crisis afecta igual a todos, y ven menos importante el tema de la lotería? Por decir algo. Y lo remata con un «por probabilidad, este año toca», que ya comentaremos más adelante…

    Conjuros, ritos, sortilegios… para atraer a la suerte (El Mundo, 22/11/2012)

    Este es más esotérico, y habla de supersticiones que sigue la gente para intentar «aumentar» sus probabilidades de ganar. Desde luego, entrar con el pie derecho a comprar la lotería, o coger el boleto con la mano derecha, o ponerle velas, ramas de perejil no parecen métodos que tengan mucho que ver con cómo girará el bombo mañana en el Teatro Real. Lo que también se ha convertido en un mito es creer que comprar en la administración X (Bruixa d’Or, la Manolita, Valdés, etc.) nos dará más suerte, cuando en realidad lo que pasa es que en estos sitios ha caído varias veces el Gordo porque son sitios donde se venden muchos décimos.

    El día del fin del mundo llega a la Lotería de Navidad (La Nueva España, 21/12/2012)

    Coger números especiales, o en fechas especiales, parece que es algo que hay alguna gente a la que le gusta, porque creen que así habrá más suerte. Uno de ellos es la fecha del fin del mundo (que aparentemente, es hoy, 21/12/12), y la gente se ha lanzado a comprar boletos del 21.212. De la misma manera, también se han comprado muchos de la fecha en que España ganó la Eurocopa, de la dimisión de Esperanza Aguirre, etc. Yo por mi parte, algún año he comprado la del 15486, que es mi fecha de nacimiento. Pero en cualquier caso, todos tienen la misma probabilidad de salir.

    Análisis estadístico de las terminaciones

    Por otro lado, he encontrado una web, que no iba a mencionar para no darles publicidad injusta, pero que menciono para que lo veáis que después de poner un vídeo en plan película de Hollywood, en el que te dicen que te ayudan a decidir la terminación de lotería, luego pasan a decirte: ¿Cuántos años hace que salió el gordo de Navidad que acabe en…? Y luego te dicen para cada una de ellas, los años que hace, para que te dés cuenta que el 2 hace 22 años que no sale y el 5 es el que más ha salido. Y para acabar, no se mojan.

    ¿Qué quieren sugerir con este artículo? Porque no lo dejan nada claro. ¿Que el 2, al hacer 22 años que no sale, es más probable que salga este año? ¿Que como el 5 ha salido más veces, hay que comprarlos que acaben en 5? Eso es como lo de la moneda, que como ha salido 2 veces cara, la tercera saldrá cruz, porque ya toca. O decir que está trucado porque el 5 ha salido más veces. Todos los números tienen la misma probabilidad de salir, sean guapos, feos, acaben en 5 o en 2.

    De todas formas, todos tenemos nuestras manías, y sobretodo, todos jugamos el número de la empresa, porque queremos evitar la cara de tontos que se nos quedaría si tocase el Gordo en la empresa. Y a mí me gustan los números acabados en 7, pero es una manía y nada más.

    El último mito que quiero enterrar es aquel de que :»la suerte esté lo mayor repartida posible». Eso es imposible, dado que los premios salen de lo que nos gastamos en lotería, y si ésta fuese equitativa entre todos, ¡nos devolverían lo mismo que nos hemos gastado! Así pues, yo lo que deseo es que le toque a gente que lo necesite y se lo merezca (y con esto ya descartamos a la mayoría de políticos, banqueros, empresarios, petardas del corazón, y demás despojos de la sociedad, y ya no está tan repartida).

    Y para acabar, os dejo con la entrevista a Miguel Angel Morales, webmaster de uno de mis blogs favoritos, Gaussianos, que os puede aportar un poco más de luz para enterrar los bulos y mitos sobre las loterías.

    Por cierto, suerte a todos para mañana.

     

  • Sistemas electorales (5)

    Sistemas electorales (5)

    Muy buenas, hoy vamos a cerrar el tema de los sistemas electorales, para llegar a una conclusión desalentadora: no hay sistema electoral perfecto. Esto es lo que se conoce como Teorema de Imposibilidad de Arrow, que Kenneth Arrow formuló en 1950, interesado por el sistema electoral perfecto.

    Kenneth Arrow
    Kenneth Arrow

    Primero de todo, pensaremos en una votación como una lista de preferencias. Es decir, si hay cuatro candidatos A, B, C  y D, un votante haría algo parecido a una lista B-C-A-D, de mejor opción a peor opción.

    A continuación, más sobre este teorema…

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  • Sistemas electorales (4)

    Sistemas electorales (4)

    Buenas, hace unos días hablábamos del método d’Hondt para distribuir los escaños en España y en Catalunya. Ayer hubo elecciones en Catalunya, y podemos sacar algunas conclusiones. En primer lugar, los resultados:

    A continuación, un pequeño análisis… (más…)

  • Sistemas electorales (3)

    Sistemas electorales (3)

    Hola, hoy toca hablar del sistema electoral que usamos en España (y de hecho, también en Catalunya), que se basa en la llamada Ley d’Hondt, que explicaremos a continuación. Este método no sólo se usa en España, sino también en más de 30 países de todo el mundo. En mi opinión no es un mal método, pero hay formas de mejorarlo, como veremos. Para analizarlo, usaremos los datos de las pasadas elecciones generales, que podemos encontrar en esta web

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  • ¿Saber calcular?

    ¿Saber calcular?

    Muy buenas, hoy toca un tema de denuncia. En esta sociedad impera el anumerismo, es decir, parece ser que lo guay es no saber nada de matemáticas, porque aparentemente, no son útiles en la vida. Mientras hay gente que intenta vender estas absurdas ideas, hay un grupo de irreductibles matemáticos que intentamos demostrar todo lo contrario. Incluso, podemos ver que a veces, las matemáticas son divertidas.

    A través de Twitter he visto el siguiente video que ha colgado el creamat, que es una asociación que trata de ofrecer recursos a los profesores de matemáticas y a los centros educativos para la docencia no universitaria. En él, podemos ver un fragmento del programa Saber vivir, de TVE1, con Mariló Montero y el Doctor Gutiérrez. Agradecimientos al profesor del IOC David Pinyol, que ha encontrado esta perla. Os recomiendo que le deis al play porque no tiene desperdicio.

    El vídeo nos intenta mostrar cómo calcular nuestro Índice de Masa Corporal (IMC), que se hace con la fórmula \displaystyle IMC = \frac{peso}{altura^2}Vamos a destacar varios detalles:

    • El primero, es algo que les digo montones de veces a mis alumnos, hay que respetar el orden de las operaciones. No es lo mismo \displaystyle \frac{60}{1,75 \cdot 1,75} que \displaystyle \frac{1,75 \cdot 1,75}{60}=0,05, como hace Mariló en uno de sus intentos. Ni tampoco, como suelen hacer algunos alumnos que no se fijan, igual que \displaystyle \frac{60}{1,75}\cdot 1,75=60. Hay que saber usar la calculadora correctamente.
    • Y ya no entremos en la sopresa que le supone que, después de dividir 60 entre 1,75 y multiplicarlo otra vez por 1,75 el resultado sea 60. Es cuando yo digo en clase «esto y esto casca».
    • Otro tema, es la frase: «1,75 \cdot 1,75 = 30.625. Es que le he quitado el coma para que no me… esto» Hay que saber interpretar los resultados de la calculadora, sino, la liamos.
    • Y la frase: «Es que hay que saber hacerlo, eh?». Supongo que no se puede estar en todo cuando se presentan estos programas, pero creo que más importante que enseñar la fórmula del IMC, es enseñar a usar la calculadora. Porque sino, ya podemos tener mucha formulita, que no sirve de nada.
    • Ahora, a por el doctor Gutiérrez: «Es que lo he hecho mentalmente, y 60 entre 3 y pico me da 22 o 23». Estimación incorrecta, dado que si 60 entre 3 da 20, 60 entre algo más que 3 nos da algo más pequeño que 20, o sea, 19 y algo. De hecho, el IMC de Mariló es 19,59.
    • Siguiendo con el tema de antes, no se puede matar el tema con «Aquí lo importante es que si da más de 30 tienes que ir al médico», si no lo hemos sabido calcular.
    • En favor del doctor Gutiérrez, he de decir que, a diferencia de Mariló, sabe interpretar los resultados de la calculadora, y cuando el resultado le da 0,05, 60 o 510, ya le dice que está mal. Hay que hacer un análisis crítico de los resultados.

    En fin, que basta ya y a ver cuándo se enteran que en televisión también tiene que haber matemáticas. Que se enteren ya: el anumerismo también es incultura.

  • Sistemas electorales (2)

    Sistemas electorales (2)

    Hoy voy a hablar de cómo funciona el sistema electoral de Estados Unidos, ahora que ya se ha confirmado que ha ganado Obama. El sistema americano es bastante diferente del nuestro, y a veces ha dado situaciones en que el candidato más votado no ha sido el ganador de las elecciones. Además, tal y como está planteado, da lugar a un sistema totalmente bipartidista.

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  • Sistemas electorales (1)

    Sistemas electorales (1)

    Muy buenas, estamos en un periodo bastante intenso por lo que a elecciones se refiere. Hoy se celebran las elecciones en Estados Unidos, y el día 25 tenemos elecciones en Catalunya. Quiero dedicar algunos días a explicar qué matemáticas aparecen detrás de los sistemas electorales, aprovechando que voy a empezar a explicar Estadística en 1º de Bachillerato.

    Una pregunta que sale muy a menudo es: ¿cuál es el sistema electoral más justo? Pues J.K. Arrow, en el año 1951, demostró el que se conoce como Teorema de Imposibilidad de Arrow.

    Entre otras cosas, veremos cuál es este teorema, y miraremos los sistemas electorales que se están usando.

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  • Martingalas para hacerse millonario

    Martingalas para hacerse millonario

    Probablemente muchos habréis visto, en alguna web, algún aviso del tipo: Truco matemático para ganar a la ruleta, todo legal. Alguno, incluso, habrá entrado y visto lo que hay que hacer, aunque la mayoría no se suele fiar y ni siquiera clica el enlace. Obviamente, no es verdad, porque si lo fuese yo estaría disfrutando de mis millones en vez de escribir este blog (no explicaría a otros cómo ganar dinero), y más probablement,e el juego de la ruleta no existiría en los casinos.

    El truco que se suele explicar es conocido como la martingala o, más profanamente, «el truco de ir doblando».

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