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パチスロにおける確率と分布

  1. 確率
  2. 数学的確率と統計的確率
  3. 確率の加法定理、乗法定理
  4. 独立試行
  5. 独立試行の定理
  6. 確率分布
  7. 二項分布
  8. 二項分布の特徴
  9. 平均値、分散、標準偏差
  10. 正規分布
  11. 標準正規分布
  12. 正規分布の標準化
  13. 二項分布の正規分布への近似
  14. 二項分布を Excel に計算させる

確率

確率 = 「ある試行を行う時、ある事象が起こる可能性の程度を表す尺度。」
 試行 : 同じ条件で繰り返し行うことができる実験など。
 事象 : 試行の結果生じたことがら。イベント。

一般には、起こりうる全ての場合が同様に確からしいと考えられる時、
ある条件を満たす事象の起こる確率 P(A) は、

 P(A) = 条件を満たす場合の数 / 全体の場合の数

から求められる。


サイコロを2回続けて振って、起こりうる場合を考えてみます。

サイコロの目1回目 111111  222222  333333  444444  555555  666666 
2回目 123456  123456  123456  123456  123456  123456 

起こりうる場合は、全部で上記の36通り。

サイコロを2回続けて振って、1回目が奇数、2回目が 3 もしくは 4 が出る確率を求めてみると、

サイコロの目1回目 111111  222222  333333  444444  555555  666666 
2回目 123456  123456  123456  123456  123456  123456 
                                           


上の表でわかるように、1回目が奇数、2回目が 3 もしくは 4 の場合は6通りなので、
サイコロを2回続けて振って、1回目が奇数、2回目が 3 or 4 の確率 = 6/36 = 1/6 です。
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数学的確率 と 統計的確率

・ 数学的確率

あるパチスロ機において、66536 個の乱数が存在し、そのうち 272 個が BIG であるとする。
どの乱数も等しい確率で出る場合( = 1/65536)、BIGを引く確率は 272/65536 = 1/240.941...
と求められる。

これは先ほどのサイコロと同じく、「ある条件の場合の数 / 全ての場合の数」 から求められます。

・ 統計的確率

BIG確率が不明の純Aタイプパチスロ機があるとする。
n プレイ試行して、x 回BIGが引けた時、x/n は n が大きくなるに従い、ある一定の値に近づいていく。
そこで、この一定の値を確率と定める。

これは、実戦データから求めた確率と言えます。
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確率の加法定理、乗法定理

・ 加法定理

2つの事象 A が起こる確率を P(A), 事象B 起こる確率を P(B) とする。
事象 A,B が決して同時に起こらない場合、A,B のどちらかが起こる確率は P(A) + P(B) である。

具体的な例を出すと簡単です。
16384 個の乱数があり、そのうち 55 個が BIG、25 個が REG とします。(GOGOジャグラーSP の設定1 の値です。)
1回のプレイでは乱数を一つだけ選ぶので、BIG と REG が同時には決して起こりません。

BIG か REG のどちらかが起こる確率は 55/16384 + 25/16384 = 80/16384 = 1/204.8 です。
BIG か REG のどちらかが引ける、つまりボーナス合成確率のことですよね。

ちなみに、事象A,B が決して同時に起こらない時、事象A,B は「互いに排反である」と言います。


次に、16384 個の乱数があり、そのうち 55 個が BIG、25 個が REG とします(上と同じ条件)。
BIGである場合、REGである場合、BIGでもREGでもない場合を全て足すと、全事象となり、その確率は 1 です。
また、BIGである場合、REGである場合、BIGでもREGでもない場合は同時には起こりません。

BIGでもREGでもない確率は、以下のように求められます。
(BIG である確率) + (REG である確率) + (BIGでもREGでもない確率)= 1 より、
(BIGでもREGでもない確率) = 1 - 55/16384 - 25/16384
                           = 16304/16384
                           = 1/1.005
・ 乗法定理

2つの事象A,B の起こる確率 P(A), P(B) が、互いに影響を全く受けない時、
事象A,B が同時に起こる確率は P(A) * P(B) である。

これも具体的な例を。
16384 個の乱数があり、そのうち 55 個が BIG、25 個が REG とします。(GOGOジャグラーSP の設定1 の値です。)
そして、この設定1のGOジャグが2台あり、2人がそれぞれ打つとします。

1人がBIGを引こうとハズレを引こうとも、もう1人の抽選には全く影響を与えません。

1プレイ回して2人同時にBIGを引く確率は 55/16384 * 55/16384 = 1/88738.994 です。

ちなみに、事象A,B が互いに影響を与えない時、事象A,B は「互いに独立である」と言います。

隣り合う2台の例で説明しましたが、純Aタイプのパチスロ機では1プレイ目と2プレイ目、でも同じことが言えます。
1P目でハズレを引こうと小役を引こうとも、2P目の抽選には全く影響ないので。

先ほどの、サイコロを2回振って、1回目が奇数、2回目が 3 or 4 の計算も、この乗法定理を使えば
奇数が出る確率 = 1/2,  3 or 4 が出る確率 = 1/3
1回目・2回目の試行は独立なので、 1/2 * 1/3 = 1/6 と計算できます。


条件つき確率
事象 A が起こる確率を P(A)、事象B が起こる確率を P(B) とする。
事象A の起こることを条件として事象Bが起こる確率を P(B|A) とすると
事象A,B が同時に起こる確率は P(A) * P(B|A) である。

具体的な例を出すと…、
16384 個の乱数があり、そのうちチェリーは 256個であるストック機があるとする( チェリー確率 = 1/64 )。
チェリー成立時のみRT解除抽選を行い、その確率は 1/2 とする。

チェリーを引き、RT解除当選する確率 = 256/16384 * 1/2 = 1/128

確率は、「ある場合の数 / 全ての場合の数」 で求めましたが、
条件つき確率は 「ある場合の数 / ある条件下での全ての場合の数」になっただけです。
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独立試行

何回も繰り返して行なえる試行について、どの回の試行結果も
他の回の試行の影響を全く受けない時、このような試行を独立試行と言う。



これはサイコロを振ったり、コインを投げたり、当たりを元に戻すくじなどの場合です。
パチスロの抽選方式も、基本的には独立試行であると言えます。

パチンコ・パチスロの世界では、独立試行のことを "完全確率" と呼んだりもします。
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独立試行の定理

1回の試行で、ある事象Aの起こる確率 P( X ) が p であるような独立試行において、
n 回試行のうち 事象Aが x 回起こる確率 P(x) は次の式から求められる。


 P(x) = n C x * p x * (1-p) n-x


n C x = n ! / x ! (n-x) ! です。 n ! は n の階乗です。


上の文、パチスロを例として簡単に書き直すと…、

BIG確率が p の純Aタイプを打つ場合、
n プレイのうち、 BIGを x 回引ける確率は次の式から求めれる。


具体的に BIG確率 p = 1/300, 試行プレイ数 n = 1000, BIG回数 x = 6 としてみると

P = 1000 C 6 * (1/300) 6 * (1 - 1/300) 1000-6
 = (1000*999*998*997*...*3*2*1)/((994*993*...*3*2*1)(6*5*43*2*1)) * (1/300) 6 * (299/300) 994
 = 0.0679278056625794...

およそ 6.793 % と計算できます。

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確率分布

変数 X について、その要素おのおのに対して確率が対応している時、この対応関係を確率分布と言う。

例えば、下のグラフはサイコロを1回振った時の出た目の確率分布。
どの目が出る確率も 1/6 = 0.1666...


下のグラフは、サイコロを10回振った時の 1 の目が出た回数の確率分布。
1 の目が出た回数は、1回が最も頻度が高く(32.3%)、次いで2回、0回、3回…となっています。

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二項分布

事象A の起こる確率が p である独立試行において、事象A の起こる回数に注目した確率分布を 二項分布 と言う。

これは先ほど例で出した、サイコロを10回振った時の1の目の回数の確率分布がまさにそうです。

各確率は、独立試行の定理の
P(x) = n C x * p x * (1-p) n-x

から求められます。

パチスロも独立試行のため、二項分布に従うといえます。
例えば、BIG確率 1/300 の機種を1000プレイ試行した場合、BIG回数の確率分布は、下のグラフのようになります。


最も頻度が高いのは BIG 3回 で 22.053 %、次いでBIG 2回で19.811 %、BIG 4回 で18.384 % …、となってます。

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二項分布の特徴

画質を落としたので見づらいですが、BIG確率が 1/10 〜 9/10 までの9つの機種において、
10回プレイした場合のBIG回数の二項分布です。


BIG確率 = 5/10、つまり 1/2 の時にグラフは左右対称となり、
BIG確率が 1/2 から離れるほど、グラフは非対称になっていきます。

さきほど例で出した、BIG確率 1/300, 1000P試行のグラフも左右対称ではありません。



ただし、確率が 1/2 から離れていても、試行回数が多くなるほど左右対称に近づきます。



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平均値、分散、標準偏差

二項分布において 試行回数 n 回、起こる確率 p とした時、

平均値n * p
分散n * p * (1-p)
標準偏差√ { n * p * (1-p) }

となります。分散・標準偏差は確率分布のバラツキ具合を表す指標みたいなもんです。

さっきの上のグラフ(BIG確率 1/300, n プレイ試行の二項分布)にて、各試行回数での平均、分散、標準偏差を求めてみると
 500 P1000 P2000 P3000 P5000 P10000 P
平均値1.6673.3336.6671016.66733.333
分散1.6613.3226.6449.96716.61133.222
標準偏差1.2891.8232.5783.1574.0765.764

試行プレイ数が大きくなるに従って、標準偏差も大きくなります。
つまり、分布のばらつき具合が大きくなるということですね。

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正規分布

変数 X が連続的な確率変数で、平均値 μ 、標準偏差を σ とし、その確率密度関数 f(x) が



で表されるとき、このような確率分布を正規分布と言う。


上の式はどーでもいいです。
平均値と標準偏差の値によって形が決まる、以下のようなグラフを正規分布と言います。



二項分布では、縦軸の値が確率でした。また、横軸の値(BIG回数など)は、離散的な値(とびとびな値)でした。(右図参照)

これに対して正規分布では、横軸とグラフによって囲まれた面積で確率を表します。
また、横軸の値は離散的な値ではなく、連続的な値をとります。


正規分布の特徴

正規分布は、平均値 μ に関して左右対称です。
平均値 μ と標準偏差 σ によって形が決まるので、 正規分布 N ( μ, σ2 ) と表したりします。

平均値 μ、標準偏差 σ の値によらず、
( μ - 1 σ ≦ X ≦ μ + 1 σ ) ≒ 0.68269
( μ - 2 σ ≦ X ≦ μ + 2 σ ) ≒ 0.95450
( μ - 3 σ ≦ X ≦ μ + 3 σ ) ≒ 0.99730



ところでなぜ正規分布の話が出てきたかというと、二項分布の試行回数が大きければ正規分布に近似できるからです。(後述)
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標準正規分布

平均値 μ = 0 、分散 σ2 = 1 の正規分布を、標準正規分布と言う。


標準正規分布での"ある一定の区間"の確率は、すでに計算されて表にされており、計算する必要がありません。

計算された表はこちら → 標準正規分布表

標準正規分布で、例えば下のように ( -1 ≦ z ≦ 2 ) の範囲の確率を求めたい時ですが、


  ( -1 ≦ z ≦ 2 ) 
= ( -1 ≦ z ≦ 0 ) +  ( 0 ≦ z ≦ 2 )
=  ( 0 ≦ z ≦ 1 ) +  ( 0 ≦ z ≦ 2 )   # 面積なので (-1 ≦ z ≦ 0) = ( 0 ≦ z ≦ 1 )
= 0.34134474 + 0.47724994
= 0.81859468 (81.859 %)
と求められます。

標準正規分布ではこのように、すでに計算された表を使って確率を求めることができます。
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正規分布の標準化

確率変数 X が正規分布 N (μ, σ2) に従うとき、

 Z = ( X - μ) / σ

と置き換えると、確率変数 Z は標準正規分布 N (0,1) に従う。



標準化を行うことによって、どんな正規分布でも複雑な計算なしに
標準正規分布表から確率を求めることができます。


例えば、平均値 10, 標準偏差 2 の正規分布 N(10, 22)において、 ( 8 ≦ X ≦ 13 ) の確率を求めたい場合。

 (8 - 10)/2 = -2/2 = -1
 (13 - 10)/2 = 3/2  = 1.5
より、正規分布 N (10, 22) の ( 8 ≦ X ≦ 13 ) の確率は、
標準正規分布 (0,1) の ( -1 ≦ z ≦ 1.5 ) の確率と等しくなります。
(下の2つのグラフにおいて、求める面積は同じ)


標準正規分布 (0,1) の ( -1 ≦ z ≦ 1.5 ) の確率は、標準正規分布表より
  ( -1 ≦ z ≦ 1.5 )
= ( 0 ≦ z ≦ 1 ) + ( 0 ≦ z ≦ 1.5 )
= 0.34134474 + 0.43319277
= 0.77453751  (77.454 %)
と求められます。

正規分布を標準正規分布に置き換えることを「標準化」と言います。
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二項分布の正規分布への近似

ある純Aタイプのパチスロを打つとき、試行回数 n , BIG確率 p の二項分布において、
n * p ≧ 5, n * q ≧ 5 のとき、正規分布 N (np, npq) でほぼ近似できる。
( q = 1 - p )


いよいよ二項分布の正規分布への近似です。

例として、BIG確率 p = 1/300, n = 3000 P試行の二項分布を出します。
n * p = 3000 * 1/300 = 10
n * q = 3000 * 299/300 = 2990
n * p * q = 3000 * 1/300 * 299/300 = 2990/300 = 9.96666...
より、 np ≧ 5, nq ≧ 5 の条件を満たすので、正規分布 N (10, 9.967) に近似できます。


この試行において、BIG 8 回以上 〜 14 回以下の確率を、近似した正規分布から求めてみます。
正規分布 N (10, 9.667) の ( 8 ≦ X ≦ 14 ) の確率を求めればよさそうですが、
実際には両幅に 0.5 ずつ広げた補正が必要です。

二項分布では縦軸が確率なので、下のような棒グラフとすると水色の部分の確率を求めることになります。


さて、近似した正規分布で ( 8 ≦ X ≦ 14 ) の値を求めると、求めたい確率の両端が足りません。


なので、実際には近似した正規分布で ( 7.5 ≦ X ≦ 14.5 ) の値を求める必要があります。


以上の補正より、BIG確率 1/300, 3000 P の試行で BIG 8 回以上〜 14 回以下の確率は、
正規分布 N (10, 9.967) の ( 7.5 ≦ X ≦ 14.5 ) を求めることになります。
  √(9.967) = 3.157
  (7.5 - 10)/3.157 = -0.792 ≒ -0.79
 (14.5 - 10)/3.157 =  1.425 ≒  1.43
正規分布 N (10, 3.1572) の ( 7.5 ≦ X ≦ 14.5 ) の確率は、
標準正規分布 (0,1) の ( -0.79 ≦ z ≦ 1.43 ) を求めればよいので、

標準正規分布表より
  ( -0.79 ≦ z ≦ 1.43 )
= ( 0 ≦ z ≦ 0.79 ) + ( 0 ≦ z ≦ 1.43 )
= 0.28523618 + 0.42364145
= 0.70887763  (70.888 %)
と求められます。

実際に独立試行の定理から確率を求めてみると、0.69712 (69.712 %) と計算できます。
けっこう近い値に近似できていることがわかります。
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二項分布を Excel に計算させる

いろいろ書きましたが、実際には Excel に計算させるのがてっとり早いです。

BIG確率 1/300, 3000 P 試行して、BIG 8 〜 14 回の確率を計算してみましょう。

Excel を起動して、A1 に 8、A2 に 9 と打ち込み、左クリックしながら2つの枠を囲む。


囲んだ枠の右下の黒ポチにマウスを近づけると、マウスポインタがになる。
その状態で右クリックしながらマウスを下へずずずっと動かして、「14」と小さな枠に表示されたところで右クリックを離すと、
メニューが出る。上から2番目の「連続データ」を選ぶ。


とりあえず、8 〜 14 までの連続データの打ち込み終わり。
(連続データが多くなった場合、いちいち手入力してられません)


次に B1 をダブルクリックし、 =binomdist(a1,3000,1/300,false) と打ち込む。


打ち込み終わったら、Enterキーを押す。
すると、BIG確率 1/300, 3000 P試行で BIG 8回の時の確率( = 0.112674 ) が計算される。


B1 を左クリックして枠で囲み、さっきと同じ要領で右下の黒ポチから右クリック
→ マウスを下へ移動させた後、右クリックを離して「値のコピー」を選ぶ。


1/300, 3000P 時の BIG 8 〜 14 回 の各確率が計算できた!


各確率が枠で囲まれてる状態で、ツールバーのところにある オートSUMボタン「」を押すと、
BIG 8 〜 14 回の各確率の和 ( = 0.69712 ) が計算できた!



BIG確率 1/300, 3000P試行で BIG 8 〜 14 回引く確率は 69.712 % 。
終了…。
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