武漢全民核酸檢測,十天檢驗千萬人口,這是乙個很厲害的成就。我們知道當時採取的策略是十人一組混合檢測,如果核酸檢測成陽性,再對這十人分別做檢測。方法很聰明。以這個方法為背景,有乙個小小的統計題,關於演算法的面試可能會用到。
假設某種病毒感染率為p
pp,p≪1
p\ll 1
p≪1,需要排查總人數為n
nn的的感染可能性,先採用混合檢測策略,可以x
xx個人一組,若一組的核酸檢測為陽性,則分別對x
xx人分別做檢測。若要求總檢測次數最少,那麼x
xx設為多少人比較合適?
分兩部分,首先,x
xx人一組,需要做n
x\frac
xn組檢測。
其次,如果一組檢驗為陽性,則小組中每個人都要重新檢驗一次,這裡麻煩一些,詳細說明如下:
我們知道感染率為p
pp,則一組x
xx人,都沒有感染的概率為(1−
p)
x(1-p)^x
(1−p)x
,則一組x
xx人中有人感染病毒的概率為1−(
1−p)
x1-(1-p)^x
1−(1−p
)x。我們已經知道感染率很低p≪1
p\ll 1
p≪1,這時(1−
p)x∼
1−xp
(1-p)^x\sim 1-xp
(1−p)x
∼1−x
p。如此,便有nx⋅
(xp)
\frac\cdot(xp)
xn⋅(x
p)組需要重新檢測,每組重新檢測的需要做x
xx分檢測,如此,總共需要n⋅(
xp
)n\cdot (xp)
n⋅(xp)
次重新檢測。
將兩部分求和,即總檢測次數:
s =n
x+xp
n≥2p
n2
s = \frac + xpn\\ \ge 2\sqrt
s=xn+
xpn≥
2pn2
當且僅當x=1
px=\frac}
x=p1
的時候取最小值,為2np
2n\sqrt
2np
。至此,解題完畢。
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