關於核酸檢驗次數的小統計題

2021-10-07 09:23:58 字數 1159 閱讀 2445

武漢全民核酸檢測,十天檢驗千萬人口,這是乙個很厲害的成就。我們知道當時採取的策略是十人一組混合檢測,如果核酸檢測成陽性,再對這十人分別做檢測。方法很聰明。以這個方法為背景,有乙個小小的統計題,關於演算法的面試可能會用到。

假設某種病毒感染率為p

pp,p≪1

p\ll 1

p≪1,需要排查總人數為n

nn的的感染可能性,先採用混合檢測策略,可以x

xx個人一組,若一組的核酸檢測為陽性,則分別對x

xx人分別做檢測。若要求總檢測次數最少,那麼x

xx設為多少人比較合適?

分兩部分,首先,x

xx人一組,需要做n

x\frac

xn​組檢測。

其次,如果一組檢驗為陽性,則小組中每個人都要重新檢驗一次,這裡麻煩一些,詳細說明如下:

我們知道感染率為p

pp,則一組x

xx人,都沒有感染的概率為(1−

p)

x(1-p)^x

(1−p)x

,則一組x

xx人中有人感染病毒的概率為1−(

1−p)

x1-(1-p)^x

1−(1−p

)x。我們已經知道感染率很低p≪1

p\ll 1

p≪1,這時(1−

p)x∼

1−xp

(1-p)^x\sim 1-xp

(1−p)x

∼1−x

p。如此,便有nx⋅

(xp)

\frac\cdot(xp)

xn​⋅(x

p)組需要重新檢測,每組重新檢測的需要做x

xx分檢測,如此,總共需要n⋅(

xp

)n\cdot (xp)

n⋅(xp)

次重新檢測。

將兩部分求和,即總檢測次數:

s =n

x+xp

n≥2p

n2

s = \frac + xpn\\ \ge 2\sqrt

s=xn​+

xpn≥

2pn2

​當且僅當x=1

px=\frac}

x=p​1​

的時候取最小值,為2np

2n\sqrt

2np​

。至此,解題完畢。

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