基于Matlab的彩票中奖模拟.doc
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1、 学校代码: xxx 学 号:xxxxxxxxxx 毕业论文(设计)BACHELOR DISSERTATION 论文题目: 基于MATLAB的彩票中奖模拟 学位类别: 学科专业: 作者姓名: 导师姓名: 完成时间: 基于MATLAB的彩票中奖模拟中文摘要 利用概率论和数理统计知识分析两类彩票,得出各类彩票的中奖概率,并使用Matlab数学软件模拟这两种彩票。并比较模拟的中奖频率与理论概率。在两类彩票的模拟方法中,使用纯随机数法去模拟双色球,并讨论了中奖比对算法,对算法进行了分析,给出了纯随机数法中随机数产生次数和模拟程序的运行花费时间、彩票各个奖项中奖概率的理论计算公式,模拟实验结果表明了模拟
2、算法的有效性和高效性。基于大量的模拟统计分析,最终结合两种彩票给予彩民一些建议。 关键字:彩票中奖;Matlab模拟;概率;双色球;七星彩Simulation of Winning the Lottery Based on MATLABAbstractUsing the knowledge of the probability theory and mathematical statistics, this thesis analyzes two kinds of lotteries and calculates their winning probability. During this p
3、rocess, Matlab, a kind of mathematical software is applied to simulate the two kinds of lotteries, and the simulated result of winning probability is compared with the theoretical value. Moreover, pure random number method is used to simulate color balls and the winning comparison algorithm is also
4、discussed here. By analyzing the algorithm, the frequency which occurred in the process of the pure random number method, and time spent on the simulation , and the theoretical calculating formula for the winning probability of each lottery are all calculated. The results of the simulation indicate
5、the validity and efficiency of this algorithm. Based on all these analysis of the simulating statistics , the author of this thesis puts forward some suggestions on Lottery buyers. Key Words: Winning the Lottery; Matlab simulation; probability; blue and red ball; seven color目 录第一章 前言11.1 相关背景11.1.1
6、双色球介绍和七星彩介绍11.1.2 国内研究现状21.2 论文研究的主要内容31.3 论文结构3第二章 双色球的理论分析及模拟的比较42.1双色球的数理分析42.1.1 单注中奖概率的计算42.1.2 复注中奖概率的计算42.2 Matlab模拟双色球中奖52.2.1 问题描述和符号说明52.2.2 彩票模拟算法52.2.3 Matlab模拟方法的选定72.3 理论与模拟结果分析和对比82.3.1 单式投注82.3.2 复式投注9第三章 七星彩的理论分析与模拟的比较103.1 七星彩彩票数理分析103.1.1七星彩各等级奖概率分析103.1.2 利用伯努利大数定理确定被选数字103.2 Mat
7、lab 模拟七星彩彩票中奖113.2.1 模拟假设和符号说明113.2.2 Matlab模拟方法选定123.3 理论与模拟分析和对比133.3.1 奇数个模拟分析133.3.2 最大值分布与最小值分布模拟分析143.3.3 模拟与理论分析14第四章 结论164.1 论文工作总结164.2 未来工作展望16参考文献17致谢18附录 119附录225第一章 前言1.1 相关背景目前, 彩票已在许多城市兴起, 媒体不时刊登摸彩中奖评论, 有时也谈到摸彩与数学的关系, 但是不够详细,所谓专家竟能预测下期中奖号码, 被蒙蔽的彩民却深信不已, 因此有必要从数学的角度和模拟加以澄清。1.1.1 双色球介绍和
8、七星彩介绍双色球是中国福利彩票发行管理中心推出的一种在全国三十个省份联销的福利彩票。采用计算机网络系统发行销售,定期视频开奖。双色球现已成为我国第一大彩种,销售火热,每期销量超过2亿人民币。双色球彩票投注区分为红色球号码区和蓝色球号码区。每注投注号码由6 个红色球号码和1个蓝色球号码组成。红色球从1-33中选择6个不同的号数;蓝色球从1-16中选择一个号码,每注2元。其中奖规则为: 所购彩票与开奖结果对照,符合以下情况即为中奖。1.一等奖: 选中6个基本号码和1个特别号码;2.二等奖: 选中6个基本号码;3.三等奖: 选中5个基本号码和1个特别号码;4.四等奖: 选中5个基本号码或者选中4个基
9、本号码和一个特别号码;5.五等奖: 选中4基本号码或者选中3个基本号码和1个特别号码;6.六等奖: 选中2个基本号码和1个特别号码或者选中1个基本号码和1个特别号 码,或者选中1个特别号码。七星彩是指从0000000-9999999中选择任意7位自然数进行的投注,一组7位数的排列称为一注,每注金额人民币2元。购买者可进行多倍投注,投注倍数范围为2-99倍。单张彩票最大投注数量不得超过10000注。投注者可选择机选号码投注、自选号码投注。机选号码投注即由投注机随机产生投注号码进行投注,自选号码投注即将投注者选定的号码输入投注机进行投注。七星彩采取有纸化投注,投注号码经投注机打印出对奖凭证,交投注
10、者保存,此对奖凭证即为七星彩彩票。七星彩按当期销售额的50%、15%、35%分别计提返奖奖金、彩票发行费和彩票公益金。返奖奖金分为当期奖金和调节基金,其中,49%为当期奖金,1%为调节基金。七星彩共设六个奖级,一、二等奖为浮动奖,三、四、五、六等奖为固定奖。其中奖规则为: 所购彩票与开奖结果对照,符合以下情况即为中奖。1.一等奖: 投注号码与开奖号码全部相符且排列一致,即中奖;2.二等奖: 投注号码有连续6位号码与开奖号码相同位置的连续6位号码相同,即中奖; 3.三等奖: 投注号码有连续5位号码与开奖号码相同位置的连续5位号码相同,即中奖;4.四等奖: 投注号码有连续4位号码与开奖号码相同位置
11、的连续4位号码相同,即中奖;5.五等奖: 投注号码有连续3位号码与开奖号码相同位置的连续3位号码相同,即中奖;6.六等奖: 投注号码有连续2位号码与开奖号码相同位置的连续2位号码相同,即中奖。1.1.2 国内研究现状王冲(2006)的“双色球”有限机选系统的分析与设计验证了摇奖机具有对初始条件的敏感性(“蝴蝶效应”)、彩票的中奖号码集中在正态分布区1;李英雄(2003)归纳出了彩票中的数学内容,并将单注收益率、彩民心里因素、彩票设置公平度等这些因素量化,构造出判别函数2;杨桂元(2004)对彩票中的6+1玩法中奖号码进行了统计,并进行了卡方检验,得出了号码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9
12、的中奖概率是等同的3;胡荣锁和钱国华(2007)对传统型、乐透型彩票的各等级奖的中奖概率进行了详细的分析, 推导出概率计算的通式. 并给出了高级别奖项的期望中奖额的计算公式4。薛春光、董先雨和张光远(2006)分析,随着近年来“新疆风采”电脑福利彩票风行新疆,越来越多的人加入“彩民”的行列。目前新疆电脑福利彩票主要是“乐透型”即组合型投注法,分别是大型“35选7”,中型“25选7”,小型“18选7”以及微型“10选7”玩法,那么中奖概率究竟有多大?各号码出现次数有什么分布规律?彩民又如何科学投注?各种投注方案中各奖项的中奖概率是多少购买彩票时,一般的彩民都只知道从低等奖到高等奖,中奖的难度是越
13、来越大,但并不清楚各等奖的概率究竟是多大。本文根据中奖规则,运用概率论的知识,计算出各种方案的中奖概率5。蔡焕兴、高尉、王光清(2006)针对如何合理地设置彩票方案的问题,通过分析各种奖项的中奖率、奖项和奖金额的设置以及对彩民的吸引力等因素,运用层次分析法(AHP)构造一个目标与准则关系的层次图,在此基础上建立起一个多目标层次规划的模型,将多目标问题通过线性加权转化为单目标规划的问题,创建了评价彩票方案合理性的目标函数。分别设定了各因素的权重,编写了相应的算法,最终解决了实际问题 6。 综上所述,彩票中奖预测模型研究在国内已经有所展开,前人也做出了很多研究,但是还有些问题有待进一步完善。1.2
14、 论文研究的主要内容本文选取了现实中比较流行的两种彩票(双色球和七星彩),首先对这两种彩票进行理论分析,算出彩票的各等奖的中奖概率,然后使用Matlab数学软件随机产生随机数模拟两种彩票中奖号码,并计算产生的随机号码相对于预先规定的中奖号码之间的中奖频率。最后,与理论中奖概率进行对比。1.3 论文结构第一章介绍了国内比较流行的两种彩票,和这两种彩票的玩法。并叙述了本文的研究内容及其目的。 第二章分析了双色球的各等奖的理论中奖概率,和使用Matlab模拟双色球中奖,并计算中奖频率,最后与理论概率比较。 第三章分析了七星彩的各等奖的理论中奖概率,和使用Matlab模拟七星彩中奖,并计算中奖频率,最
15、后与理论概率比较。 第四章总结了本文的研究成果,和未来的工作展望。第二章 双色球的理论分析及模拟的比较2.1双色球的数理分析2.1.1 单注中奖概率的计算一注彩票就是从1-33共33个号码中选取的6个基本号码和1个特别号码。这样的彩票的不同种数为:。一等奖:开奖结果只有一种,显然中奖概率为。二等奖:二等奖的6个基本号码,可以取除去中奖号码外的其他15个号码中的任 意一个,有种选法。二等奖的中奖概率为。 三等奖:三等奖的6个基本号码的选法为从6个中奖基本号码中任意选择5个号码,另一个基本号码从除去中奖号码外的其他27个号码中任意选取一个。三等奖的中奖概率为。以此类推,分别得出了:四等奖:。五等奖
16、:。六等奖:。2.1.2 复注中奖概率的计算复注彩票就是从1-33共33个号码中选取个基本号码和个特别号码。只要中选取个号码符合双色球中奖号码情况即该复注中奖。为了计算方便我们取,这样的彩票的不同种数为: 一等奖:在10个号码中只要有6个中奖号码,并且特别号也与中奖特别号码相 同,有种,即一等奖中奖概率为:。二等奖:取6个中奖号码,另外4个从非中奖号码中取,有种,特别号从非中奖特别号码中取,有种,即二等奖的概率为: 。 三等奖:取5个中奖号码,有种,另外5个从非中奖号码中取,有种,即中奖的概率为:。以此类推: 四等奖:。 五等奖:。 六等奖:。 2.2 Matlab模拟双色球中奖2.2.1问题
17、描述和符号说明 双色球彩票问题就是购买者从1-33 共33个号码中选取6个号码为基本号码和从1-16共16个号码中取1 号码为特别号码成为一注进行投注。每注彩票只有一次中奖机会,不得兼中兼得。彩票的Matlab模拟问题就是利用Matlab模拟彩票的生成、对奖、中奖率统计等。具体模拟内容为: 随机生成一张彩票; 输入彩票张数,可生成相应张数的彩票; 输入( 或生成)摇奖结果,可核兑彩票的获奖情况; 最后可以统计中奖频率、程序运行时间。 符号说明::产生的随机双色球号码;:规定双色球的个数,值为7;:模拟的各奖级频率;各奖级的个数;:模拟程序所花费的时间; :基本号中奖的个数; :特别号中奖的个数
18、;2.2.2 彩票模拟算法一注彩票就是从1-33共33个号码中选取的6个基本号码和1个特别号码。为了后面的比对方便,可以要求一注彩票中的基本号码有序,即生成号码有序的彩票。 可以利用随机数生成函数直接生成6个不同的1-33间的数。当然,每产生一个随机数,都要与以前获得的号码进行比较,若相同,则放弃该随机数,需再重新产生,我们称这种方法为纯随机数法。下面简单介绍纯随机数法。约定17 在共个整数中随机产生个不同的整数,将定义为重复因子。定理17 随机产生个范围中的不同整数,随机数产生次数的期望值为: 随机数产生次数的期望值随着重复因子的增大而急剧增大。当k以等概率取中的整数时,所需产生随机数期望次
19、数的平均值为。 当重复因子()接近1时,随机数产生次数的期望值急剧增大,当远小于1时,随机数产生次数的期望值与相差不大,近似相等。在是否保留所产生的随机数时需要进行比较,以避免数值重复,求所进行数值比较次数的期望值,可利用定理2 求得。 定理27 随机产生 个范围中的不同整数,为保证产生的随机数各不相同,需要进行数值比较次数的期望值为:当时,;当时, 比较次数的数量级为,平均次数数量级为。纯随机数法每产生一注彩票,根据定理1 计算得到,随机数产生次数的期望值为7.7次,根据定理2计算得到,需进行的比较次数的期望值为3.3次,当重复因子变大后,随机数产生次数的期望值、数值比较次数的期望值都会急剧
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