美國NBA(National Basketball Association,美國國家籃球協會)分東區及西區兩個聯盟,各有15支球隊。每年從例行賽裡,每聯盟各挑出勝率最高的前8名,以進入季後賽。季後賽抓對廝殺,均採七戰四勝淘汰制。在第一輪裡,各聯盟先由第1名對第8名,第2名對第7名,第3名對第6名,第4名對第5名。4支勝隊進入第二輪,又是兩兩對戰,獲勝的兩隊進入第三輪對決,以產生聯盟冠軍。兩支聯盟冠軍隊,在第四輪裡,再來一次七戰四勝,以決定年度總冠軍。只有冠軍,亞軍是少有人記得的。每回七戰,分別在兩隊的球場進行,但場地的安排,讓戰績較好的球隊,有一些主場優勢。可看出整個季後賽賽程之設計,很看重例行賽的成績,畢竟那是每隊幾十場(通常82場,2011-2012年較少,僅66場)下來的戰果。從統計的角度,應屬於可靠的數據。
在台灣較關心美國職業球賽,大抵是近年的事。但知道有七戰四勝制,可就悠久多了,且可能是從圍棋賽開始。1965年,我國旅日圍棋好手林海峰 (1942-),年僅二十三歲,在名人賽中,以四勝二敗挑戰成功,登上名人寶座,令國人雀躍不已。名人賽的決賽,便是採七戰四勝制。日本有七大圍棋賽,除名人賽外,本因坊及棋聖,其決賽亦採七戰四勝制。至於十段、王座、天元,及碁聖,則均採五戰三勝制。所以大型比賽,不必然是採七戰四勝制。五戰三勝,三戰兩勝,甚至一戰決勝負,亦無不可。
到底採七戰四勝制的目的為何?有些人認為是因此能降低機運成分,使真正強隊出線。直觀上這是對的,但究竟效果如何?底下我們來略做分析。
不妨考慮更一般的情況。假設有A,B兩隊交戰,每場A獲勝之機率為p,B獲勝之機率為1-p, 沒有平手。採2k-1戰k勝制,即兩隊先獲得k場勝利者,便贏得此比賽,而若有剩下的場次,當然也就不必比了。以Wk,p表A贏得比賽之機率。A要贏,表對戰結束時,A勝k場,而B勝的場數i,不能超過k-1。即比賽的場數可能為k+i,其中i=0,1,…,k-1。因最後一場必定是由A獲勝,且A共要勝k場,因此在最後一戰之前的k+i-1場中,A要獲勝k-1場,其餘的i場,則由B獲勝。對一固定的i,B在那幾場中獲勝,由排列組合,共有k+i-1取i種可能,而每一可能之機率,皆為(1-p)ipk。將這些機率相加,便得Wk,p。
對機率統計有些基礎的人,會知道Wk,p與負二項分佈 (negative binomial distribution)有關。假設執行一數列之獨立的伯努力試驗 (Bernoulli trial,即一試驗有兩種結果,不妨稱為成功與失敗),每次成功的機率為p(因此失敗的機率為1-p),直到有k次成功才停止。則總共的失敗次數,以Xk,p表之,便有參數k及p之負二項分佈,以NB (k,p)表之。則Wk,p滿足
(1) Wk,p = P(Xk,p ≤ k-1)。
我們亦有
(2) P(Xk,p ≤ i) = P(Uk+i,p ≥ k),
其中Uk+i,p有B (k+i, p)分佈,即參數k+i及p之二項分佈 (binomial distribution)。此因對∀0≤ i ≤ k-1,事件{ Xk,p ≤ i},等價於k+i次獨立的伯努力試驗(每次成功機率為p)中,成功數Uk+i,p (有B(k+i,p)分佈)至少是k的事件,而後者之機率便為P(Uk+i,p ≥ k)。
當p=0.5,由(1)式並不易看出對∀k ≥ 1,Wk,p =0.5。但先利用(2)式,得
(3) Wk,p = P(Xk,p ≤ k-1) = P(U2k-1,p ≥ k),
再由上式便得
(4) Wk,0.5 = P(U2k-1,0.5 ≥ k)=0.5,
其中最後一等式,乃用到由對稱性,
P(U2k-1,0.5 ≥ k) = P(U2k-1,0.5 ≤ k-1),
且上式左右兩機率之和為1。
對一些不同的k及p,表1給出Wk,p之值。表2則僅針對p ≥ 0.5,k由1至6,給出較精準的Wk,p之值。
每場A獲勝之機率為p,等同於每場B獲勝之機率為1-p,因此若採2k-1戰k勝利, B贏之機率為Wk,1-p。而A與B兩隊贏之機率和為1,由此得
(5) Wk,p = 1-Wk,1-p。
表1亦顯示(5)式成立。這是何以在表2中,我們只給出p ≥ 0.5時的Wk,p之值。