Olasılık Teorisiyle İlgili Beyninizi Yakabilecek Bir Düşünce Deneyi: St. Petersburg Paradoksu

st. petersburg paradoksu; karar verme teorisi içinde bir eksiklik olduğu kanısıyla tartışılmış olan bir düşünce deneyi  daniel bernoulli adlı matematikçi tarafından geliştirilmiştir.

oyun bir yazı-tura atma oyunudur ve ilk yazı gelişinde biter

yazı ilk atışta gelirse oyuncu 2 dolar, ikinci atışta gelirse 4 dolar, üçüncü atışta gelirse sekiz dolar… kazanır. oyunun ilginçliği şuradadır: bu oyunun beklenen değeri sonsuz dolardır. çünkü ilk atışta yazı gelme olasılığı ve 2 dolar kazanma olasılığı 1/2'dir, yazının ilk atışta değil ikici atışta gelmesi ve 4 dolar kazanma olasılığı 1/4'tür vs.. bu durumda oyunun beklenen değeri:

bd = (1/2)*2 + (1/4)*4 + (1/8)*8 + (1/16)*16 +…
bd = 1 + 1 + 1 + 1+…..

olacaktır.

bu düşünce deneyinin bir paradoks yarattığı şeklindeki sav şu soruyu sorar

böyle bir oyunu oynamak için insanların çok büyük miktarlarda giriş ücreti ödemeyi kabul etmeleri gerekirken, neden böyle yapmazlar?

bu soruya verilmiş yanıtlar kabaca iki kavramdan hareket ederler

birincisine göre, soruda insanların riske karşı tavırları hesaba katılmamıştır. bu kumarın (oyunun) beklenen değeri sonsuz olabilir, ama insanlar risk almama tavrı içinde olduklarından bu oyunu oynamamayı seçerler. riskten kaçınan bir insanın [riske karşı tavırların fayda teorisi çerçevesinde tanımları için (bkz: risk severlik) ] fayda fonksiyonu bu kumarı oynamasını rasyonel kılmayacak kadar riskten kaçınma özelliği gösterebilir. örneğin, x para miktarı, u(x) bir insanın fayda fonksiyonu olsun, ve u(x)= log(x) ile karakterize edilebiliyor olsun. o zaman bu oyundan bu insanın beklediği fayda: (expected utility)

eu = (1/2)*u(2) + (1/4)*u(4) +…
eu = (1/2)*log2 + (1/4)*log4 + (1/8)*log8 + …. 

olacaktır ve bu değer sonsuz değildir, log(4)'e yakınsar. bu da, risksiz olarak elde edilebilecek bir 4 doların faydasına eşittir. yani bu insan, bu oyuna giriş ücreti olarak ancak 4 dolar ödeyecektir.

ancak paradoksa çözüm getirdiğini ifade eden bu görüşe karşılık ise, aynı insana aynı oyunu ilk seferde yazı gelirse 2 dolar değil 10^2 dolar, ikincisinde gelirse 10^4 dolar vs kazanacağı vadedilirse ne olacağı sorusu sorulur. bu durumda aynı kişinin bu oyundan beklenen faydası eu=(1/2)log100 + (1/4)log10000 + … = 1 + 1 + 1…= sonsuz olacaktır ve bu kişinin bu kez bu kumara giriş ücreti olarak sonsuz bir tutarı gözden çıkarması gerekir. bu görüşe karşı ancak insanların büyük kumarlara karşı daha fazla riskten kaçar tavır aldıkları söylenebilir; örneğin birçok insan 10 dolarına yazı tura atmayı göze alabilir, ama 1000 dolarına yazı tura atmayı göze alamaz; bu durumda riske karşı tavrı daha risk-sevmezlik yönünde değişmiştir. bu ise , sadece bir tespittir, karar verme teorisini çıkmazdan çok da fazla kurtaramamaktadır, çünkü insanların fayda fonksiyonlarının değişken olduğu gibi bir temele dayanmaktadır.

oyundaki sorun, gittikçe çok küçük olasılıklara sahip olsa da sonsuz sayıda sonuç olanağı olmasıdır (yazının 500. atışta gelmesi gibi)

bunun bir yerde kesilmesi, sorunu çözecektir. aynı paralelde, şu da söylenebilir: insan için 1 milyar dolar ile 10 milyar dolar arasında fazla fark yoktur (aslında bunun da riskten kaçma ve azalan marjinal fayda kavramlarıyla ilişkisi vardır, çok da farklı bir bakış açısı sayılmaz). kumarhanenin kasasında 1 milyar dolar bulunduğunu bilen, kumarhanenin maximum bu tutarı ödeyebileceğini bilen bir insan için kumarhanenin sonsuz sayıda atışa izin vermeyeceği açıktır. kumarhane, en fazla 30 atışa izin verebilecektir (2^30=1 milyar). bu durumda ise yukarıda sonsuz olarak hesapladığımız oyunun beklenen değeri, 30 dolara düşecektir. riske karşı tavrı nötr olan bir insan bile bu kumara en fazla 30 dolar verir.

bu açıklama da, durumu çözüyor gibi görünse de "ama biz sonsuz paranın ödenebileceği bir durumdan bahsediyorduk, bu çözüm, problemi değiştiriyor" itirazına maruz kalmıştır.