期望值是什麼、怎麼算,為什麼它決定一切
把每個結果乘上它的機率再加起來:擲一顆骰子是 3.5,押 100 元賠 1.9 倍是 −5 元。
期望值的定義與公式
期望值(英文 Expected Value,常寫成 E(X)、E[X] 或 μ)是一個隨機結果的機率加權平均:把每一種可能的結果乘上它發生的機率,再全部加起來。
先看一個不用機率的平均。一包 10 顆糖,4 顆 5 元、6 顆 10 元,平均一顆是 (4 × 5 + 6 × 10) ÷ 10 = 8 元。把它改寫成 5 × 0.4 + 10 × 0.6 = 8,就是期望值的算法:0.4 與 0.6 是各種價格所佔的比例,把比例換成機率,就是期望值。
離散型:結果可以一個一個列出來
E(X) = Σ x · P(X = x)
連續型:結果是一段連續的數值
E(X) = ∫ x · f(x) dx
f(x) 是機率密度函數骰子、抽卡、彩券、賭局的結果都能一個一個列出來,用的都是離散型那一條。
期望值怎麼算:三個步驟
- 第一步:列出所有可能的結果,以及每個結果對應的數值(點數、贏多少、輸多少)。
- 第二步:寫出每個結果的機率,並確認加起來剛好等於 1。加起來不是 1,代表漏了結果或機率寫錯。
- 第三步:每個數值乘上自己的機率,再全部加總。
擲一顆公正的骰子,點數 1 到 6 各有 1/6 的機率:
E(X) = 1 × 1/6 + 2 × 1/6 + 3 × 1/6 + 4 × 1/6 + 5 × 1/6 + 6 × 1/6 = 21 ÷ 6 = 3.5
骰子沒有 3.5 點,所以這個名字常讓人困惑。期望值不是「期望會出現的那個值」,而是重複很多次之後的平均:擲一萬次、把點數加總再除以一萬,會非常接近 3.5。次數越多越接近,這個現象叫大數法則。
例題:押 100 元、賠 1.9 倍的賭局
押 100 元在一個「50% 機率拿回 1.9 倍、50% 機率全輸」的賭局上:
- 贏:機率 0.5,淨賺 90 元
- 輸:機率 0.5,淨損 100 元
期望值 = 0.5 × 90 + 0.5 × (−100) = −5 元。
意思是這一注平均會讓你少 5 元。不是每次少 5 元——單次結果只會是 +90 或 −100——而是重複很多次之後,平均每注少 5 元。
如果賠率是 2.0,期望值 = 0.5 × 100 + 0.5 × (−100) = 0,這才是公平的賭局。實際的盤口只給 1.9,差出來的 0.1 就是平台的收入,也就是你的期望損失。運彩盤口的賠率怎麼換回機率,可以用賠率換算器算。
例題:輪盤、骰寶、百家樂每押 100 元的期望值
同樣的算法套到桌上遊戲。下面每一個都是從遊戲規則直接算出來的:
- 歐式輪盤押單一號碼:37 格中 1 格、賠 35 倍。期望值 = (35 × 1 − 1 × 36) ÷ 37 × 100 ≈ −2.70 元
- 骰寶押大:三顆骰子合計 11 到 17 點、而且不是豹子才贏,機率 105/216,賠 1 倍。期望值 = (105 − 111) ÷ 216 × 100 ≈ −2.78 元
- 百家樂押莊(贏了抽 5% 佣金):約 −1.06 元
- 百家樂押閒:約 −1.24 元
- 百家樂押和(賠 8 倍):約 −14.36 元
百家樂的三個數字用常見的八副牌規則計算,和局時押莊、押閒退還本金。免佣百家樂、和局賠 9 倍這類變體,數字會不同。
這張清單可以看出三件事:每一個都是負的;同一張桌子上,押法之間可以差到十幾倍;而且沒有任何下注順序能讓它們變正。期望損失換成百分比就是莊家優勢,換算方式見莊家優勢與 RTP,拿這些遊戲打流水的實際成本見遊戲權重對照表。
例題:抽卡機率 0.6%,平均要抽幾次才中?
「單抽中獎機率 p,平均要抽幾次才中第一次」有一個很乾淨的答案:1 ÷ p。這是幾何分布的期望值。
假設單抽出最高稀有度的機率是 0.6%、每一抽互相獨立、沒有保底:
- 平均要抽 1 ÷ 0.006 ≈ 167 次
- 抽滿 167 次仍然沒中的機率約 36.6%,三個人裡大約有一個
- 約一半的人在 116 抽以內就會中,但抽到 500 次還沒中的人仍有約 4.9%
這是期望值最常被誤讀的地方:「平均 167 抽」不代表「抽 167 次就會中」。這個分布往右拖得很長,少數抽很久的人把平均拉高,所以多數人其實比平均早中,少數人晚很多。
有保底機制的遊戲不能直接套這個公式:保底把分布的尾巴截掉,期望次數會比 1 ÷ p 少。刮刮樂、彩券這類遊戲一樣能算期望值,差別在獎項分很多級,要把每一級的「獎金 × 機率」全部加起來(台灣彩券在售各款的結果見 刮刮樂期望值排行);彩票中獎機率計算機會把中不同數量的機率都列出來。
期望值的性質:乘上常數、加上常數、相加
期望值有三條性質,幾乎每一個應用都會用到:
E(c) = c
常數的期望值就是它自己
E(aX + b) = a · E(X) + b
乘上 a、加上 b,期望值跟著照做
E(X + Y) = E(X) + E(Y)
相加的期望值等於期望值相加
不需要 X、Y 獨立相乘就沒有這麼方便:E(XY) = E(X) · E(Y) 只有在 X、Y 獨立時才成立。
放回賭局上看:
- 押 10 注、每注 100 元:每注期望值 −5 元,10 注的期望值就是 10 × (−5) = −50 元,不管分開押還是同時押。
- 把注碼加倍:E(2X) = 2 · E(X),期望損失也跟著變兩倍。加碼改變的是輸贏的幅度,不會把負的變成正的。
- 多一筆固定手續費 b:期望值直接再減 b。
期望值不預測你這一次:變異數與標準差
期望值 −5 元的賭局,單次結果永遠是 +90 或 −100,永遠不會是 −5。描述「結果離平均有多遠」的,是變異數與它的平方根標準差。
Var(X) = E[(X − μ)²]
= Σ (x − μ)² · P(X = x)
其中 μ = E(X)
SD(X) = √Var(X)
Var(aX + b) = a² · Var(X)同一個押 100 元、賠 1.9 倍的賭局:μ = −5,兩種結果離平均都是 95 元,所以變異數 = 0.5 × 95² + 0.5 × 95² = 9,025,標準差 95 元。擲一顆骰子的變異數則是 35/12,標準差約 1.71 點。
押越多注,平均損失跟著注數等比例變大,標準差卻只跟著注數的平方根變大。所以短期內還有不少人領先,長期幾乎沒有:
- 押 10 注:平均 −50 元,仍有約 37.7% 的人是賺的
- 押 100 注:平均 −500 元,約 30.9% 的人是賺的
- 押 1,000 注:平均 −5,000 元,只剩約 4.7%
- 押 10,000 注:平均 −50,000 元,還在賺的機率不到百萬分之一
這就是「期望值決定長期、變異數決定過程」的意思。高變異數的遊戲(大獎型老虎機)即使期望值一樣,也可能讓你在走到長期之前就先輸光,那是變異數與賭徒破產機率計算機在回答的問題。
為什麼商業博弈的期望值一定是負的
因為賠率與獎金是被定價過的。上面每一個例子都一樣:只要付出去的比「公平賠率」少一點,少掉的那一點就是平台的收入。老虎機用 RTP 表達同一件事:RTP 96% 代表每投注 100 元,長期平均只回來 96 元。
這個結構沒有辦法用玩法繞過。下注順序、加碼策略、觀察熱機冷機,都不會改變單次事件的機率與賠率,所以也不會改變期望值。能改變它的只有規則之外的錢:返水(按投注額退回的比例)與優惠紅利(多給的錢,但通常綁著流水條件)。一筆優惠到底是正是負,可以用優惠 EV 判定器代入條款算。
怎麼用期望值做決定
期望值不會告訴你「該不該做」,它告訴你代價或報酬平均是多少,讓兩個選項可以放在同一把尺上比。
- 期望值 −200 元的一段娛樂,意思是它的定價是 200 元。跟一場電影比,可能便宜也可能貴,那是你的判斷。
- 期望值是正的選擇,只保證重複夠多次時平均是賺的,不保證這一次。
- 兩個優惠比較時,直接比期望值,不要比紅利金額。
保險是同一件事的反面:保費的期望值對投保人是負的,人們買保險買的是降低變異數,不是期望報酬。
用 Excel 或 Google 試算表算期望值
結果一多,手算容易漏。不想開試算表的話,期望值計算機填金額與機率就能算,還會列出每一種結果貢獻了多少;要自己在試算表裡算,把 A 欄放結果、B 欄放機率、C 欄放數值(輸的金額寫成負數),期望值只要一個函數:
期望值
=SUMPRODUCT(B2:B7, C2:C7)
機率加總檢查(應該剛好是 1)
=SUM(B2:B7)
變異數(E2 放上面算出的期望值)
=SUMPRODUCT(B2:B7, (C2:C7-E2)^2)
標準差(E3 放變異數)
=SQRT(E3)這幾個函數在 Excel 與 Google 試算表的寫法相同。結果不只 6 種時,把範圍的 7 改成最後一列。
名字一樣、意思不同的「期望值」
- 卡方檢定裡的期望值,指的是「如果兩個變數無關,這一格應該出現幾次」的期望次數,算法是該列總數 × 該欄總數 ÷ 總樣本數。它是拿來跟實際次數比較的基準,跟這頁講的機率加權平均不是同一件事。
- 統計裡的平均數:樣本平均是從實際資料算出來的,期望值是機率分布的理論平均。資料越多,樣本平均越接近期望值。
- 口語的「期望值很高」,是心理上的期待,跟數學上的期望值無關。
常見誤解
常見說法期望值就是最有可能出現的結果。
實際上最有可能出現的叫眾數。骰子每一點的機率都一樣,期望值 3.5 卻一次都擲不出來。
常見說法連輸好幾把之後,下一把的期望值會變好。
實際上每一把互相獨立時,機率與賠率都沒變,期望值也不會變。這是賭徒謬誤。
常見說法輸了就加倍下注,可以把期望值拉回來。
實際上E(2X) = 2 · E(X)。注碼加倍,期望損失也加倍;倍投改變的只是輸贏發生的形狀,算例見馬丁格爾策略為什麼會輸。
常見問題
期望值的英文是什麼?符號怎麼寫?
英文是 Expected Value,常簡稱 EV。符號寫成 E(X) 或 E[X],也常用希臘字母 μ 表示;中文也叫數學期望。
期望值和平均數一樣嗎?
期望值是機率分布的理論平均;平均數通常指實際資料算出來的樣本平均。重複的次數越多,樣本平均會越接近期望值,這是大數法則。
期望值和 RTP 是同一件事嗎?
密切相關但不同。RTP 是比例(每投注 1 元平均回來多少),期望值是金額(這一筆下注平均會少多少)。期望損失 = 投注額 × (1 − RTP)。
期望值是正的就一定會賺嗎?
不是。正期望值只保證重複夠多次的平均為正。次數不夠多、或中途資金用完,都可能走不到那個平均。這是變異數的問題,不是期望值的問題。
為什麼算期望值要用機率,我又不知道真實機率?
老虎機與桌上遊戲的機率由規則決定,可以直接算或由 RTP 反推。運彩沒有已知的真實機率,只能用盤口的隱含機率當代理值——那正是 賠率換算器 在做的事。
卡方檢定的期望值怎麼算?
卡方檢定的期望值是每一格的「期望次數」:該列總數 × 該欄總數 ÷ 總樣本數。它跟機率加權平均的期望值名字相同、用途不同,是拿來和實際觀察到的次數比較的。
資料來源
- Expected value定義、離散與連續型公式、線性性質
- Variance變異數與 Var(aX+b) = a²Var(X)
- Geometric distribution抽卡例題的期望次數 1 ÷ p
- Law of large numbers樣本平均為什麼會接近期望值
- Baccarat百家樂押莊、押閒、押和的莊家優勢
- Pearson's chi-squared test卡方檢定的期望次數
用得到的計算機
- 期望值計算機:刮刮樂、抽獎、賭局的期望值與標準差 列出每一種結果拿回多少、機率多少,算出期望值、標準差與返還率。
- 賠率換算器:歐洲盤香港盤美式盤互轉與隱含機率 歐洲盤、香港盤、美式盤互轉,順便看隱含機率與抽水率。
- 樂透中獎機率計算機:大樂透、539、賓果各獎機率與全包注數 大樂透、今彩539、賓果賓果、六合彩——算出真正的中獎機率。
- 老虎機 RTP 計算:96% 長期會輸多少、落差多大 長期會回收多少,以及「長期」之前的結果會散得多開。