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保龄球


BowlingPins

保龄球,在世界大部分地区被称为“十瓶制”,是一种通过滚动重球沿狭长球道,试图击倒排列成三角形(顶点朝向保龄球手)的十个球瓶的游戏。10 个保龄球瓶的排列方式是四面体,也是三角形数 T_4

每“局”最多允许投掷两个球(或“滚球”),一场比赛由十局组成(最后一局球的数量有特殊规则)。如果在第一球击倒所有球瓶,结果称为“全中”,该局不再奖励第二球(除非在第十局也是最后一局获得全中的情况下,在这种情况下奖励个额外的球),并且计分是 10 分加上接下来两球击倒的球瓶数。如果在第一球投掷后击倒部分或没有击倒球瓶,则奖励第二球。如果在第二球击倒所有剩余球瓶,结果称为“补中”,并且计分是 10 分加上下一球投掷击倒的球瓶数。如果在每局投掷两个球后,所有球瓶没有被击倒,则该局的得分按击倒的球瓶总数计算。

比赛共进行十局,除非最后一局包含全中或补中,在这种情况下会奖励额外的一球。

可能的最大分数,对应于 12 次全中,是 300 分。

可能的保龄球比赛总数非常庞大;第一局第一球有 11 种可能性(洗沟、1、2、...、9、全中),并且在其他九局中的每一局都存在相同的可能性。因此,在不考虑每局的第二球的情况下,至少有 11^(10) approx 2.6×10^(10) (Balmoral Software)。事实上,由于每局第二球的影响,实际的比赛数量要大得多。可能的比赛总数是

 66^9×241=5726805883325784576 approx 5.7×10^(18)
(1)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

定义集合

 A={(x,y):0<=x+y<=9} 
B={(x,y,0):(x,y) in A} union {(x,10-x,z):0<=x<=9,0<=z<=10} union {(x,y,z):0<=y<=9,0<=y+z<=10} union {(10,10,z):0<=z<=10}
(2)

和矩阵

T=[sum_((x,y) in A)t^(x+y) 10t^(10) t^(10) 0; sum_((x,y) in A)t^(2x+y) t^(x+10) t^(20) 0; sum_((x,y) in A)t^(2x+2y) 10t^(20) 0 t^(20); sum_((x,y) in A)t^(3x+2y) t^(x+20) 0 t^(30)]
(3)
C=[sum_((x,y,z) in B)t^(x+y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(2x+2y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(2x+2y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(3x+2y+z)]
(4)
R=[1 0 0 0],
(5)

那么,对应于得分 n 的比赛数量的生成函数由下式给出

 P(t)=sum_(i=0)^(300)s_it^i,
(6)

其中 P(t)1×1 矩阵中的条目

 RT^9C
(7)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

BowlingDistribution

得分为 n=0, 1, 2, 3, 4, 5 的可能比赛数量为:1, 20, 210, 1540, 8855, 42504, ... (OEIS A060853;Cooper 和 Kennedy 1990)。从上图可以看出,可能比赛数量作为 n 函数的分布并非完全围绕其最大值对称。最佳拟合高斯分布由下式给出

 s_n=ae^((n-mu)^2/sigma^2),
(8)

其中 a=1.71×10^(17), mu=78.5, 和 sigma^2=350 (上方虚线蓝色曲线)。

平均得分由下式给出

s^_=(125572265)/(1574694)
(9)
 approx 79.7439
(10)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。得分 n=77 的众数是 s_(77)=172542309343732000。对于 n=288, 289, ..., 300,总数分别为 12, 11, 11, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1。

具有相同可能投掷方式的分数总结在下表中。

s_nn
10, 291, 292, 293, 294, 295, 296, 297, 298, 299, 300
11289, 290
12287, 288
13285, 286
14283, 284
15281, 282

另请参阅

四面体, 三角形数

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Balmoral Software. “关于保龄球得分的一切。” http://www.balmoralsoftware.com/bowling/bowling.htm.Cooper, C. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保龄球比赛得分分布的生成函数。” Math. Mag. 63, 239-243, 1990.Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保龄球比赛得分分布的生成函数。” 在 数学轻松一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 编辑)。华盛顿特区:Math. Assoc. Amer., 1994a。Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “平均保龄球得分很糟糕吗?” 在 数学轻松一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 编辑)。华盛顿特区:Math. Assoc. Amer., 1994b。Sloane, N. J. A. 整数序列 A060853 在“整数序列在线百科全书”中。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

保龄球

引用为

Weisstein, Eric W. “保龄球。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Bowling.html

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