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1700511160 战争结束3年后,Patrick Blackett被授予诺贝尔物理学奖。
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1700511162 至于前面提到的大西洋护航问题,当时海军与空军的将领们在很长一段时间内都拒绝改变他们的信条,他们认为小编制比大编制更安全(尽管有铁证证明这是错误的)。Blackett证明了在一个15~24艘舰船混编的舰队中,每艘船有2.3%的概率被击沉;而在舰队中的船只数量大于45艘时,每艘船被击沉的概率只有1.1%。
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1700511164 这里有一个前提性的假设,那就是每一枚鱼雷击中盟军舰船的概率为p,每一艘潜艇的载弹量为q,这两个值都是有限的。U型潜艇没有装配雷达(二战时期,只有1942年以后才有部分美国潜艇装配雷达,用于在海面航行时观察远处的舰船目标),也就是说,U型潜艇对附近目标的观测几乎只能靠舰长探出头用望远镜去看,这种观测方式在极为晴好的天气状况下能看到30千米以外的舰船,但一般情况下只有10多千米的视野。
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1700511166 从美国东海岸的纽约到英国伦敦的直线距离大约是6000千米,到英国西海岸的各个港口城市的直线距离也在5500到6000千米,而航线通常不是完全笔直的,所以实际的航行距离要比这个数字大一些。这个航线在南北宽度上的分布可能超过500千米。
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1700511168 在U型潜艇的有效观测距离为10千米的情况下(也就是一个半径为10千米的圆形),6000千米的直线长度需要至少300艘U型潜艇才能全面覆盖;而如果按照500千米的航线可能宽度来计算,需要25艘U型潜艇才能完全覆盖。这样算下来,对整个北大西洋航线,需要7000艘U型潜艇才能把所有的盟军船只抓个“干净”。第二次世界大战中,德国共建造U型潜艇1131艘,加上战前建造的57艘,共1188艘。此外,潜艇要在海洋中游弋来捕捉战机,遭遇了就打,打不过就跑,遇到没油、没弹药的情况也要回港补充。所以,这种排布方式只能用来计算数量的上限,没有实战意义。
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1700511170 被派出的德国U型潜艇在北大西洋中四处游弋,而北大西洋中来往运输的商船平均每天有1500多艘。一艘潜艇要想在这样一个环境中逮到盟军的商船,就好像在一个宽阔的游泳池水面上放一些乒乓球,然后让人闭着眼睛在里面仅凭双手去摸一样。在这种人和球的数量都非常有限的情况下,显然参与摸球的人越多,球被摸到的概率就越大。
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1700511172 起初的护航舰队都是小规模的,甚至是单艘商船从美国东海岸出发前往英国。在任何一刻,如果我们能做一张快照,一艘舰船就相当于游泳池水面上漂浮着的一个乒乓球,而北大西洋就相当于这个游泳池。如果把多个乒乓球捆在一起放在游泳池里,因为球的分布更为集中,人在这一空间里与球相遇的概率变小了,寻找的难度就会增大。也就是说,当船只数量一定的时候,组织规模较大的护航编队肯定比规模较小的护航编队更难被U型潜艇遇上。
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1700511174 还有一个问题,就是在潜艇搭载的鱼雷命中率为p且载弹量为q的时候损失有多大,这也是那些海军高级将领在战争之初所担心的事情——他们总担心大规模的护航编队在被敌人发现后被“团灭”。
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1700511176 大部分U型潜艇的鱼雷搭载量为14~22枚(15)。我们假设U型潜艇在遭遇护航编队后连续射击,且每发鱼雷的命中率都为p,接下来就是一个利用伯努利分布的特性求解概率的问题了。
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1700511178 假设发射第1枚鱼雷时,命中1艘商船(爆炸并击沉)的概率为
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1700511180 命中0艘商船的概率为
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1700511182 1-p
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1700511184 发射第2枚鱼雷时,命中2艘商船的概率为
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1700511186 p2
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1700511188 命中1艘商船的概率为
1700511189
1700511190 2p(1-p)
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1700511192 其中,第1枚未命中且第2枚命中的概率为p(1-p),第1枚命中且第2枚未命中的概率也为p(1-p),这样得到的总命中率为2p(1-p)。
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1700511194 命中0艘商船的概率为
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1700511196 (1-p)2
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1700511198 发射第3枚鱼雷时,命中3艘商船的概率为
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1700511200 p3
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1700511202 命中2艘商船的概率为
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1700511204 3p2(1-p)
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1700511206 其中,同时满足第1枚命中、第2枚命中、第3枚未命中的概率为p2(1-p);同时满足第1枚命中、第2枚未命中、第3枚命中的概率为p2(1-p);同时满足第1枚未命中、第2枚命中、第3枚命中的概率为p2(1-p)。3p2(1-p)由这3种情况的概率相加而得。
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1700511208 命中1艘商船的概率为
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