Адам Кучарски - Идеальная ставка

• Название: Идеальная ставка
• Автор: Адам Кучарски
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-00131-056-3

Кто хоть раз в жизни не слышал об «идеальной ставке»? Любители азартных игр веками ищут волшебную формулу, с помощью которой смогут обыграть казино или букмекера, бросив вызов самой Фортуне. С недавних пор к этим поискам присоединились ученые. Исследование принципов и механизмов азартных игр – не всегда бескорыстное – позволило некоторым из них совершить открытия в самых разных областях науки, от статистики до теории хаоса и конструирования искусственного интеллекта. Кое-кто из них еще и выиграл кругленькую сумму. «Азартные игры – настоящая фабрика невероятных идей, поражающих своей оригинальностью и дерзостью» – убежден математик и журналист Адам Кучарски, рассказывающий в «Идеальной ставке» увлекательную историю обмена идеями между наукой и индустрией азартных игр.

---

Большинство рулеток устроены таким образом, что позволяют игрокам проследить за траекторией шарика прежде, чем они сделают ставку. Рулетка вращается против часовой стрелки, крупье запускает шарик по часовой стрелке, отправив его вокруг обода чаши. Как только шарик делает петлю несколько раз, крупье объявляет: «Ставок больше нет», а если хочет подпустить в свою скороговорку французского шика, то: «Rien ne va plus». В конце концов шарик ударяется об один из дефлекторов, расположенных у края колеса, и падает в ячейку. К несчастью для игроков, траектория шарика является, как принято говорить в математике, «нелинейной»: исходные данные (скорость шарика) не прямо пропорциональны выходным данным (месту, где шарик остановится). Другими словами, Шеннон и Торп столкнулись с третьей степенью незнания.

Ученые решили не мучиться с выведением уравнения для расчета движения шарика, а отталкиваться от наблюдений. Экспериментальным путем они выяснили, как долго остается на дорожке шарик, двигающийся с определенной скоростью, и использовали эту информацию при прогнозировании. Во время спина они включали секундомер, чтобы понять, как быстро шарик совершит один оборот, затем сопоставляли полученные данные с предыдущими и прогнозировали момент удара шарика о дефлектор.

Вычисления необходимо было проводить в естественных условиях. В конце 1960 года Торп и Шеннон сконструировали первый в мире переносной компьютер и отправились с ним в Вегас. Они воспользовались им всего один раз – провода оказались ненадежными, и их приходилось постоянно чинить. Но несмотря на технические проблемы, выглядел компьютер многообещающе. Поскольку их стратегия давала игрокам преимущество, Шеннон решил, что, если об исследованиях станет известно, казино могут отказаться от рулеток. Следовательно, испытания надлежало проводить в строжайшем секрете. Торп вспоминал: «Он говорил, что теоретики социологии, изучавшие распространение слухов, утверждали, что при случайной выборке из двух человек, например в США, всегда находится до трех связанных с ними знакомых, или «три степени разделения»». Идея «шести степеней разделения» (теория шести рукопожатий) получила широкое распространение благодаря опубликованному в 1967 году эксперименту социолога Стэнли Милгрэма. В нем участникам предлагалось отправить письмо адресату через кого-нибудь из своих знакомых. В среднем, прежде чем достигнуть своей цели, письмо проходило через руки шести человек; так родился феномен шести степеней. Последующие исследования доказали, что предположение Шеннона о трех степенях разделения было ближе к правде. В 2012 году ученые проанализировали связи между пользователями Facebook – а по ним можно достоверно судить о межличностных связях в реальной жизни – и обнаружили, что между двумя людьми существует в среднем 3,74 степени разделения. Следовательно, опасения Шеннона были небеспочвенны.

В конце 1977 года Нью-Йоркская академия наук провела первую большую конференцию по теории хаоса. Принять в ней участие пригласили самых разных специалистов. В их числе были Джеймс Йорк, математик, первым употребивший термин «хаотический» для описания упорядоченных, но непредсказуемых явлений, таких как движение рулетки и погода, и Роберт Мэй, эколог, изучавший в Принстонском университете динамику популяций. Приехал на конференцию и Роберт Шоу – молодой физик из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. В рамках работы над диссертацией он изучал движение проточной воды, но это был не единственный его научный проект. Вместе с другими аспирантами он разрабатывал способ переиграть казино Невады. Они называли себя «эвдемонистами», отдавая дань древнегреческому философскому учению о счастье, и история их сражений с рулеткой стала легендой мира азартных игр.

Проект начался в конце 1975 года, когда два выпускника Калифорнийского университета, Дуэйн Фармер и Норман Пэкард, купили подержанное «чертово колесо». Все предыдущее лето эти двое развлекались, испытывая разные беттинг-стратегии на всевозможных азартных играх, пока наконец не остановили свой выбор на рулетке. Несмотря на предостережения Шеннона, Торп все же намекнул в одной из своих книг, что способ переиграть рулетку существует. Одного этого невзначай оброненного на последних страницах книги замечания хватило, чтобы убедить Фармера и Пэкарда серьезно заняться «чертовым колесом». Работая по ночам в университетской лаборатории, они шаг за шагом вникали в особенности физики вращения рулетки. Внимательно наблюдая за крутящимся шариком и производя расчеты, они вскоре пришли к выводу, что полученной информации достаточно для того, чтобы делать выгодные ставки.

Один из эвдемонистов, Томас Басс, позже запечатлел их похождения в своей книге «Эвдемонический пирог». Он подробно описал, как, хорошенько все просчитав, участники группы спрятали компьютер в ботинке и с его помощью смогли предсказать движение шарика в нескольких казино. Однако Басс умолчал о самом важном – об уравнении, лежавшем в основе метода эвдемонистов.

Об эвдемонистах так или иначе слышали почти все математики, интересующиеся азартными играми. Многие к тому же задавались вопросом: а нельзя ли проверить легенду на практике? И когда в 2012 году в журнале Chaos появилась статья, посвященная рулетке, стало ясно: человек, готовый это сделать, нашелся.

Майкл Смолл впервые прочитал «Эвдемонический пирог», когда работал в южноафриканском инвестиционном банке. Он не был игроком и не любил казино, однако идея компьютера в ботинке ему понравилась. Его диссертация была посвящена анализу нелинейных динамических систем, и рулетка отлично вписывалась в эту категорию. Десять лет спустя Смолл переехал в Азию, где стал работать в Гонконгском политехническом университете. Вместе с коллегой с инженерного факультета Чи Кун Цэ они решили, что разработка «рулеточного» компьютера может стать интересным научным проектом.

Может показаться странным, что ученым понадобилось так много времени для публичного тестирования давно известной стратегии игры в рулетку. Но ведь и добраться до заветного колеса было не так легко: средства на посещение казино в графе университетских расходов обычно не значатся, так что возможности для проведения исследовательской работы ограниченны. Пирсон полагался на ненадежные данные, полученные из газет, потому что не нашел спонсора, который оплатил бы ему поездку в Монте-Карло, а Торп вряд ли смог бы продолжить свои эксперименты без поддержки Шеннона.

Препятствовала исследованиям и математическая составляющая проблемы. И не потому, что управляющие рулеткой математические законы чересчур сложны, наоборот – они слишком просты. Редакторы научных журналов очень разборчивы в выборе публикаций, и попытки разобраться в поведении «чертова колеса» при помощи школьных знаний – тема не очень для них привлекательная. Впрочем, иногда в печати все же появлялись публикации, посвященные рулетке, например работа Торпа с описанием его метода. И хотя Торп разболтал достаточно, чтобы убедить читателей, в том числе эвдемонистов, что смоделированный на компьютере прогноз может быть успешным, подробности он опустил. Самые интересные вычисления в статье явно отсутствовали.

Уговорив руководство университета приобрести рулетку, Смолл и Цэ попытались воспроизвести стратегию эвдемонистов. Они начали с разделения траектории шарика на три фазы.

Три стадии спина

Когда крупье запускает колесо рулетки, шарик сначала двигается вокруг его верхнего обода, в то время как центральная часть рулетки крутится в противоположном направлении. В это время на шарик воздействуют две конкурирующие силы: центростремительная сила удерживает его на ободе, а сила притяжения тянет вниз, к центру колеса.

Ученые принимали во внимание, что во время вращения шарика сила трения замедляет его движение. В конце момент импульса шарика уменьшается настолько, что гравитация побеждает. В этой точке шарик переходит во вторую фазу – он сходит с ободка и беспрепятственно движется по дорожке между ободком и дефлекторами. Шарик постепенно смещается к центру колеса до тех пор, пока не столкнется с одним из расположенных на окружности дефлекторов.

До этой точки траекторию шарика может просчитать даже школьник. Но как только он ударяется о дефлектор, его траектория рассеивается, и теоретически он может остановиться в одной из нескольких ячеек. Для игроков это означает, что шарик покидает мир уютной предсказуемости и погружается в подлинный хаос.

С этой неопределенностью Смолл и Цэ могли справиться при помощи статистических измерений. Правда, для простоты они решили свести прогноз к определению числа на рулетке, рядом с которым будет находиться шарик, когда столкнется с дефлектором. Чтобы предсказать точку, в которой шарик будет задевать один из дефлекторов, Смоллу и Цэ необходимы были шесть параметров: первоначальное положение шарика, его скорость и ускорение и аналогичные показатели для рулетки. К счастью, эти шесть параметров можно было свести к трем, если рассматривать траекторию с другой отправной точки. Для стороннего наблюдателя шарик движется в одном направлении, а колесо – в другом. Однако расчеты можно произвести и «с позиции шарика», в этом случае необходимо только измерить, как шарик движется относительно колеса. Смолл и Цэ делали такие расчеты посредством секундомера, фиксируя время прохождения шариком определенной точки.