El Problema de Monty Hall

Una Decisión Estratégica

El enigma del Problema de Monty Hall toma su nombre del conocido presentador del programa "Let’s Make a Deal" (Hagamos un trato) de la televisión estadounidense. En este juego, se presentan tres puertas, detrás de una de las cuales se esconde un valioso premio, como un coche, mientras que las otras dos contienen cabras. El participante elige inicialmente una puerta, y luego el presentador revela una de las puertas restantes que contiene una cabra.

La pregunta clave que surge es: ¿debería el participante mantener su elección inicial o cambiar de puerta para aumentar sus posibilidades de ganar el premio principal, el coche? La respuesta a este enigma aparentemente sencillo es sorprendentemente controvertida y depende de varios factores, como si el presentador sabe lo que hay detrás de cada puerta o si su elección fue aleatoria.

En esta página, exploraremos en detalle ambos escenarios y analizaremos las estrategias óptimas para maximizar las probabilidades de ganar el deseado premio.



Problema 1: Problema de Monty Hall, el presentador ve lo que hay detrás de las puertas 2 y 3 y abre una que tiene una cabra

Solución

Planteemos el problema paso a paso en forma de árbol

El concursante eligió la puerta 1,  las posibilidades de la puerta 1 son dos

que haya detrás una cabra (probabilidad 2/3)

que haya detrás un coche (probabilidad (1/3)

Y en cada caso, las posibilidades para las otras puertas son las siguientes

Hasta aquí el problema es igual que en problema 2, pero ahora el presentador que ha visto lo que hay detrás de las puertas abre una que es cabra, designamos por ai el suceso "abre la puerta i"

El problema ahora dice que el presentador abrió otra puerta, supongamos que la 3,  nos muestra que detrás había una cabra y  da la oportunidad al concursante de cambiar de puerta ¿qué debe hacer el concursante?

Pues en este árbol tenemos que calcular

p(/a3)  y  p(/a3)

y calculando las probabilidades del numerardor: 1· 2/3·1/2 y operando

resulta que

 p(/a3) = 2/3
De la misma manera al calcular en este árbol p(/a3) resulta igual a 1/3 . Por tanto el concursante tiene más probabilidad de ganar el coche si se cambia de puerta.

 

A continuación se simula el problema de Monty Hall con una escena de Descartes JS


Escena del proyecto ed@d  Grupo Descartes

 

Y esta es una captura del resultado de la escena tras haber realizado la prueba 200 veces, 100 eligiendo el cambio de puerta y 100 manteniendo la escogida en principio

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Problema 2 el presentador abre la puerta al tuntún y resulta que había una cabra

Solución

Planteemos el problema paso a paso en forma de árbol

El concursante eligió la puerta 1,  las posibilidades de la puerta 1 son dos

que haya detrás una cabra (probabilidad 2/3)

que haya detrás un coche (probabilidad (1/3)

Y en cada caso, las posibilidades para las otras puertas son las siguientes

Hasta aquí el problema es igual que en problema 1, pero ahora el presentador sin ver lo que hay detrás de las puertas abre al tuntún una de las otras dos y resultó que tenía cabra, designamos por ai el suceso "abre la puerta i"

El presentador da la oportunidad al concursante de cambiar de puerta ¿qué debe hacer el concursante?

Pues en este árbol tenemos que calcular

p(/a3 y había cabra)  y  p(/a3 y había cabra)

Si las calculamos sobre este árbol resulta

las probabilidades del numerador son 

 

Haciendo las operaciones concluimos que

p(/a3 y había cabra)=1/2

Y sobre ese mismo árbol es fácil ver que

 p(/a3 y había cabra) =1/2

Luego si el presentador no ve lo que hay detrás de las puertas y abre al tuntún una resultando ser cabra, no aumentarán las probabilidades de ganar el coche cambiándonos de puerta

 

En la escena se simula este segundo problema, el presentador abre una de las puertas no elegidas al tuntún, a veces abre y muestra el coche. Si jugamos muchas veces veremos que las probabilidades de ganar cambiando de puerta son las mismas que manteniéndonos en la misma puerta.

 

 

La siguiente imagen es una captura del resultado obtenido después de múltiples jugadas

En el canal de matemáticas  Mates con Andrés está  explicado de forma muy sencilla

https://www.youtube.com/watch?v=QsWwNbr8G0o

 

Mates con andrés vídeos de probabilidad

Enlace a la escena de la película Black Jack donde se menciona el problema

En la serie Numbers también se explica el problema

 

Reflexionemos en lo que dice el vídeo de Mates con Andrés,  explicado con la voz, pero vamos a utilizar su esquema final.


 

VAMOS A LIARNOS

Con este mismo esquema pensemos en el problema 2

El presentador ahora no ve lo que hay detrás, abrió al tuntún y salió cabra, utilicemos el esquema
Sigue habiendo estas tres posibilidades

si estamos en la posibilidad 1) del esquema, el presentador ha abierto la puerta dos y obtengo el coche si me cambio,

en caso de que esté en la posibilidad 2), el presentador ha abierto la tres y yo obtengo premio si me cambio,

en caso de que esté en la 3), gano coche si permanezco,

por tanto en dos de las tres posibilidades al cambiarme tendré el premio. 
Aunque el presentador no haya visto nada parece que podemos concluir que si cambio tengo el doble de posibilidades de ganar que si no hago el cambio.

¿Qué ocurre?  

Lo que ocurre es que si el presentador abrió y saliò cabra, hay el doble de posibilidades de estar en 3) a estar en 1)  y las tres posibilidades que presenta el esquema no son equiprobables, cuando el presentador pudo mostrar coche no son equiproblables. Cuando el presentador ve lo que hay detrás , las tres posibilidades siguen siendo equiprobables pues en cada una es seguro que el presentador muestra cabra.

Utilicemos ahora otro argumento para el problema 1

Si el presentador abre la puerta 3  con cabra no hay más que dos posibilidades, la 2) y la 3) del esquema, luego puestos en la situación de la puerta abierta tenemos las mismas posibilidades de ganar manteniéndonos en la puerta 1 o cambiándonos a la 2.

Por esto  parece conveniente explicar los dos problemas a la vez y mediante la gráfica de un árbol que deja más claro el tema aunque parezca más lioso que el vídeo.

Sin duda este es un problema de probabilidad muy bien ideado. En febrero de 1975, Steve Selvin (n.1941) publicó en la revista trimestral The American Statistician una carta titulada Un problema de probabilidad, en ella planteó y resolvió un problema, que conocemos como el Problema de Monty Hall. La carta levantó algunas críticas tanto por la solución aportada por Selvin como por lo sorprendente de su resultado. Seis meses después apareció en la misma revista una carta de seguimiento del autor titulada Sobre el problema de Monty Hall.  En esta carta, Selvin expuso una solución basada en el teorema de Bayes y explicó algunos detalles sobre el comportamiento del moderador del concurso.

Carta enviada por Selvin a The American Statistician en Feb 1959

 

En 1959 Martin Gardner publicó este problema de los tres prisioneros , personalmente es la explicación que más me gusta, siempre se asegura de que las posibilidades sean disjuntas y que el total sea el suceso seguro. Así no hay lío que valga.

Tres condenados a muerte (llamémosles A, B y C) esperan en una misma prisión la ejecución de la sentencia. Saben que uno de ellos (sólo uno) va a ser indultado de forma inminente, pero no saben quién. El carcelero recibe finalmente la notificación con el nombre del agraciado.  No puede todavía revelarlo, pero uno de los presos (pongamos, A) le apremia para que se lo diga. El carcelero se mantiene firme, pero, ante tanta insistencia, se limita a decirle que B será ajusticiado.   Tras esa confidencia, ¿deberá A mostrarse esperanzado y pensar que la probabilidad de ser indultado ha subido de 1/3 a 1/2?  

Traducción del artículo pegado a la derecha

La respuesta al problema de los tres prisioneros del mes pasado es que las posibilidades de A de ser indultado son 1/3, y las posibilidades de C son 2/3.

Independientemente de quién sea indultado, el director puede darle a A el nombre de un hombre, distinto de A, que morirá. Por tanto, la declaración del director no influye en las posibilidades de supervivencia de A; siguen siendo 1/3. La situación es análoga al siguiente juego de cartas. Se barajan dos cartas negras (que representan la muerte) y una roja (el perdón) y se reparten a tres hombres: A, B, C (los prisioneros). Si una cuarta persona (el guardián) mira las tres cartas y luego voltea una carta negra que pertenece a B o C, ¿cuál es la probabilidad de que la carta de A sea roja? Existe la tentación de suponer que es 1/2 porque sólo quedan dos cartas boca abajo, una de las cuales es roja. Pero es un error La carta negra siempre se puede mostrar para B o C. Darle la vuelta no proporciona información de valor para apostar por el color de la carta de A. Esto es fácil de entender si exageramos la situación dejando que la muerte esté representada por el as de espadas en una baraja completa. Se extiende la baraja y A roba una carta. Su probabilidad de evitar la muerte es 51/52. Supongamos ahora que alguien pone boca arriba 50 cartas que no incluyen el as de espadas. Sólo quedan dos cartas boca abajo, una de las cuales debe ser el as de espadas, pero esto obviamente no reduce las posibilidades de A a 1/2.

Artículo escrito por Martin Gardner Nov. 1959 en Scientific American titulado "Mathematical Games" resolviendo el problema de los tres pisioneros, similar al de Monty Hall

¿Qué pasa con el prisionero C? Como A o C deben morir, sus respectivas probabilidades de supervivencia deben sumar 1. Las posibilidades de A de vivir son 1/3; por lo tanto, las posibilidades de C deben ser 2/3. Esto se puede confirmar considerando los cuatro elementos posibles en nuestro espacio muestral, y sus respectivas probabilidades iniciales:

1. C es indultado, el director nombra a B (probabilidad 1/3).

2. B es indultado, el director nombra a C (probabilidad 1/3).

3. A es indultado, el director nombra a B (probabilidad 1/6).

4. A es indultado, el director nombra a C (probabilidad 1/6).

En los casos 3 y 4, A vive, por lo que sus posibilidades de supervivencia son 1/3. Sólo se aplican los casos 1 y 3 cuando se sabe que B morirá. Las posibilidades de que sea el caso 1 son 1/3, o el doble de las posibilidades (1/6) de que sea el caso 3, por lo que las posibilidades de supervivencia de C son dos a uno, o 2/3. En el modelo de juego de cartas, esto significa que hay una probabilidad de 2/3 de que la carta de C sea roja.

 


Consolación Ruiz Gil Febrero 2024  https://www.matsolin.com/monyhall/index.htm