我研究生的高等概率论课程用的是 Durrett 的教材 “Probability: Theory and Examples”。这本书的好处我就不再介绍了，院长陈大岳老师在世图影印版的前言中已经夸了一遍。我个人的体会是，Durrett 的书在讲解证明的时候非常简练，很少写为什么要这样证，我有时候读了半天也没搞明白思路。Birkhoff 遍历定理算是其中一个，于是我重新整理了一下书中的证明，作此文留念。
Birkhoff 遍历定理最初由 Birkhoff 本人在 1931 年发表，原文长达 50 页。随后在 1939 年 K.Yosida （吉田耕作） 和 S.Kakutani （角谷） 利用极大遍历定理给出了一个 10 页的简洁证明，不过他们关于极大遍历定理的证明还是啰嗦了点，后来 Garsia 给出了极大遍历定理的一个仅有寥寥数行的惊人证明，这也是当前大多数教材采用的途径，本文就来介绍这一证明。
问题： 假设你是一位大龄男士，准备参加 100 场相亲 （别介意具体数字）。你打算依次与每个女士 \(i\) 约会，然后根据印象给她打一个分数 \(X_i\)，\(X_i\) 的值介于 \([0,1]\) 之间。如果你对女士 \(i\) 很满意，那么就和她结婚，否则就放弃她，参加下一场相亲，当然拒绝了人家可就没有回头的机会了。如果你拒绝了前 99 位女士，那么不论第 100 次相亲结果如何你都只能和最后这位女士结婚。在相亲之前，你对这些女士的情况一无所知，所以姑且假定她们的分数 \(X_i\) 都是 \([0,1]\) 上均匀分布的独立的随机变量。问题是：应该采取怎样的相亲策略，才能娶到你最中意的女士？
著名概率学家 Feller 在他的名著 “An introduction to probability and its applications” 中提到了这样一个实验：
问题： 重复抛掷一枚均匀的硬币，用 H
代表正面向上，T 代表背面向上，一直到连续出现 6 次
H 为止。这里连续 6 个 Ｈ 组成的模式记作
HHHHHH，所需要抛掷硬币的次数叫做等待时间。等待时间是一个随机变量，最小值是
6，最大值可以是无限。Feller 问：等待时间的均值是多少？
这个问题可以用 Markov 链来解，但是非常繁琐。香港中文大学李硕彦教授在他的论文 (Li 1980) 中用离散鞅的知识给出了一个简洁而巧妙的解法，本文就来介绍他的方法。
今天的问题源自中世纪威尔士人的故事集《Mabinogion》中的一段：
一个男孩来到了一个美丽的山谷，有一条小河在谷中流淌。他看到河一边的草地上有一群黑绵羊，另一边的草地上有一群白绵羊。羊群被施以一种魔法：每个时刻都恰有一只绵羊发出咩咩的叫声。如果发出叫声的是白绵羊，就会有一只黑绵羊趟过小河跑过来并且变成白绵羊；如果发出叫声的是黑绵羊，则会有一只白绵羊趟过小河跑过去并且变成黑绵羊。每个时刻发出叫声的绵羊是完全随机的，整个过程没有绵羊出生或者死亡，一直持续到所有绵羊都变成同一种颜色为止。
问题是这样的：
问题： 如果男孩可以选择在初始时刻 \(0\)，或者是每个魔法时刻 \(1,2,\ldots\) 结束后将任意数量的白绵羊赶出山谷，那么为了最终得到尽可能多的黑绵羊，他应该采取怎样的策略？
本文的问题出自 Williams 的教材 Probability with Martingales，虽然不算很难但是综合使用了许多知识，展示了抽象的鞅理论其实有着丰富多彩的应用。
问题： 一艘太空船正在宇宙中做星际航行时，飞船的控制系统出了故障，飞船不能正常地进行空间跳跃，而是只能预先设定一个距离，然后以此距离进行一次方向完全随机的跳跃。现在飞船想要返回太阳系。假设太阳系的半径是 \(r\)，发生故障时飞船与太阳的距离为 \(R>r\)。好消息是在每个时刻，飞船能够知道自身与太阳系的距离。
求证：不论采用怎样的跳跃策略，飞船返回太阳系的概率都小于 \(r/R\)；但是对任何 \(\epsilon>0\)，可以采取适当的策略，使得飞船返回太阳系的概率大于 \((r-\epsilon)/R\)，即 \(r/R\) 是最优概率。这个最优策略是什么？
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