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terça-feira, 31 de janeiro de 2012

Futebol: que vença o melhor?


Teve início na semana passada o campeonato Carioca, dito o mais charmoso do Brasil. O atual campeão, Flamengo, defende o título contra o Fluminense, que luta para se aproximar do rubro-negro na hegemonia do estado, o Botafogo, que busca amenizar a frustação de ser o único grande carioca a não participar da Libertadores, e o Vasco, que tenta ir pela primeira vez a uma final desde 2004. A fórmula de disputa é a mesma adotada nas últimas edições: em cada turno, os dois primeiros classificados de cada grupo se enfrentam em confrontos do tipo “mata-mata”, com duas semifinais e uma final, todas disputadas em jogo único. Não há vantagem de empate para a equipe com melhor campanha na fase de classificação.

Como em todo campeonato, é bem possível que determinada equipe seja superior às outras, seja do ponto de vista puramente técnico ou emocional. Costumo brincar, porém, que esta fórmula de disputa é como decidir os jogos no “cara ou coroa”, tamanha é a aleatoriedade resultante desse processo. Para se ter uma idéia, no ano passado, dos 6 jogos semifinais / finais, 4 foram para os pênaltis, e nenhum dos confrontos envolvendo dois times chamados grandes foi decidido no tempo normal1.

Este post não tem a pretensão de calcular a chance matemática de título de uma equipe sobre outra a partir de informações qualitativas, mas sim mostrar o quanto esta fórmula de disputa pode ser injusta, partindo de um suposto desequilíbrio técnico entre as equipes. Apesar da dificuldade de acomodação no calendário, a realização de confrontos do tipo “todos contra todos” resultaria em uma maior probabilidade de título para a equipe que fosse melhor.

Pela fórmula atual de disputa, a chance de título de cada equipe classificada para a fase final do turno (por exemplo, a equipe A ilustrada na Figura 1) é dada por:

                                               Chance de título no turno = ps x  pf ,

onde ps e pf são as probabilidades de a equipe superar seus adversários nas fases semifinal e final, respectivamente, seja no tempo normal ou nos pênaltis. Na hipótese de total equilíbrio, onde cada equipe tem 50% de chance de vencer cada confronto, a chance de título de todas elas será de 25%, que corresponde ao valor, em percentual, do produto 0,5 x 0,5.

 
Suponha que, das quatro equipes que disputam a fase final do turno (denominadas A, B, C e D), a equipe A seja “duas vezes melhor” do que qualquer outra equipe. Matematicamente, isto se traduziria em uma probabilidade de 2/3 de vitória para a equipe A, contra 1/3 de seu adversário. Apesar de esta situação hipotética sugerir que a equipe A provavelmente levantará a taça do turno, suas chances de título são de apenas 44,44%. Esse é o resultado, em percentual, do produto 2/3 x 2/3, que expressa a necessidade de a equipe vencer os dois confrontos. Se as demais equipes forem consideradas tecnicamente empatadas, a chance de título daquela que enfrentar a equipe A na semifinal será de 16,67%, e cada uma das demais ficará com uma chance de 19,44% 2. Apesar da evidente vantagem da equipe A em relação às demais, não deixa de ser desanimador constatar que, apesar de ser tão superior às outras equipes, será mais provável que a equipe A não vença o turno.

Se fosse adotada na fase final do turno uma fórmula do tipo “todos-contra-todos”, com o título indo para a equipe que conquistasse mais pontos (vide Figura 2a), a chance de título da equipe A subiria para 51,57%. Se, além disso, todos os confrontos fossem do tipo “ida e volta” (vide Figura 2b) esta chance saltaria para 62,78%, o que traduziria melhor, em números, a suposta superioridade da equipe A em relação às demais. Todos esses cálculos estão descritos na nota 3. 

 
É claro que a opção (b) seria inviável do ponto de vista prático pelo grande número de jogos envolvidos e pelo grau de importância que se daria a um simples turno. Mas poderia ser adotada em uma eventual fase final do campeonato, como foram nos longíquos anos de 1994 e 1995, por exemplo.

Análise semelhante pode ser feita para um playoff final de um campeonato de basquete, com o objetivo de determinar a quantidade de jogos que seja suficiente para proporcionar uma chance razoável de título para a melhor equipe4. Como no basquete não há empate, este cálculo pode ser feito aplicando-se diretamente a distribuição binomial, conforme mostrado na tabela abaixo. Considerei um exemplo onde uma equipe A tem 60% de chance de vitória em cada partida do playoff, contra 40% de seu adversário. (Do ponto de vista qualitativo, poderia se dizer que a equipe A é “50% melhor do que B”).

# jogos no playoff*
Condições para a equipe A ser campeã
Probabilidade da equipe A ser campeã
Cálculo
Chance (%)
1
vencer o jogo
0,60
60,0
3
Vencer pelo
menos 2 jogos
0,603 + C32.0,602.0,40 = 0,648
64,8
5
Vencer pelo
menos 3 jogos
0,605 +C54.0,604.0,401+ C53.0,603.0,402 = 0,682
68,2
7
Vencer pelo
menos 4 jogos
0,607 + C76.0,606.0,401+ C75.0,605.0,402
+ C74
.0,604.0,403 = 0,710
71,0
* o número de jogos é sempre ímpar para evitar que haja empate na soma das vitórias.

Como é de se esperar, quanto maior o número de partidas no playoff, maiores são as chances de título da melhor equipe. Porém, é interessante notar que, mesmo a equipe A sendo uma vez e meia superior ao seu adversário, em um playoff  com 7 partidas a chance dela não levar o título é de quase 30%. Para que a chance de título de A alcance o usual nível de significância de 95% adotado em Estatística, seria necessário um playoff de pelo menos 65 partidas.

Ao final de um campeonato, é comum buscar argumentos para justificar que o time campeão é “melhor” do que os outros, esquecendo que, em situações onde a aleatoriedade está presente, nem sempre a equipe que é superior vence, e o resultado final está longe de ser determinístico. Talvez o melhor exemplo para o futebol seja justamente o campeonato mais importante, a Copa do Mundo, que adota o mesmo sistema de “mata-mata” em jogo único desde as oitavas até o jogo final. Acho pouco provável que, se o mundo voltasse no tempo repetidas vezes, a Espanha fosse a maior campeã em 2010, ou a Itália em 2006.

De qualquer forma, seja no futebol ou no basquete, a razão perde espaço para a emoção proporcionada pela imprevisibilidade do resultado. Seria de fato bastante entediante acompanhar um campeonato onde a fórmula de disputa fosse 100% justa, pois em muitos casos já se conheceria a priori o campeão.
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1) Antes que este post desperte a ira de alguns leitores, ressalto que, apesar de não ter sido conquistado de forma muito nobre, considero justo o título obtido pelo Flamengo no ano passado, principalmente pela invencibilidade obtida durante a competição.

2) As probabilidades de título de cada equipe são as seguintes:
Equipe que joga a semifinal com A: 1/3 (vitória sobre A) x1/2 (vitória sobre a outra equipe) = 0,167
Demais equipes: 1/2 x 1/3 (vitória sobre outra equipe e vitória sobre A na final) x 2/3 (chance de A ir para a final ) + 1/2 x 1/2 (vitória sobre outra equipe na semifinal e final) x 1/3 (chance de A não ir para a final ) = 0,167 = 19,44%

3) Consideraram-se nestes cálculos uma chance de 40% de empate e 30% de vitória para cada time entre jogos envolvendo equipes B, C e D. Para os jogos da equipe A, as probabilidades de vitória, empate e derrota de A foram de 1/2, 1/3 e 1/6, respectivamente (note que, dividindo-se a chance de empate igualmente entre as equipes, tem-se 2/3 de vantagem para A). Listei todas as 3n combinações de resultados para os n jogos, e calculei a probabilidade de cada combinação como o produto das probabilidades de todos os resultados. A equipe campeã em cada combinação foi identificada pelo número de pontos ganhos em todos os jogos. Em caso de empate entre 2 ou mais equipes, dividiu-se a probabilidade de título igualmente entre as equipes.

4) Esta questão é discutida no ótimo livro “O Andar do Bêbado – como do acaso determina nossas vidas”, de Leonard Mlodinow, lançado em português aqui no Brasil.

quinta-feira, 29 de dezembro de 2011

O Sonho de Virar Milionário


Vai até o dia 31 de dezembro o prazo para apostar no último sorteio do ano da Mega-Sena, conhecido como a “Mega Sena da Virada”. Este concurso tem duas particularidades em relação aos demais: 1) o prêmio é muito maior, porque atrai um grande número de jogadores e é composto por arrecadações realizadas ao longo de todo o ano; 2) a regra do sorteio praticamente garante que haverá pelo menos um ganhador pois, caso ninguém acerte os seis números, o prêmio é rateado entre os acertadores da Quina e, na hipótese muito pouco provável de ninguém acertar a Quina, o prêmio é destinado aos ganhadores da Quadra.

Motivado por perguntas feitas por um aluno meu e por um leitor do blog, discuto neste post as chances de você ganhar o prêmio considerando também a possibilidade de ninguém acertar os 6 números e você fazer a Quina, e também a questão de como tentar diminuir as chances de dividir o prêmio.

Não há fórmula milagrosa para aumentar a probabilidade de ser premiado, como já vimos em posts anteriores.1 Um estudante de nível fundamental tem a mesma chance de ganhar que um doutor em Probabilidade e Estatística, desde que joguem um igual número de apostas. Isto ocorre porque qualquer combinação de 6 números possui a mesma probabilidade de ser sorteada, seja a trivial “1,2,3,4,5,6” ou, por exemplo, a combinação “2-13-21-34-45-56”. A chance de cada aposta simples de 6 números ser sorteada é de 1 em 50.063.860, ou aproximadamente 0,0000020%.

Com a regra da Mega-Sena da Virada, o cálculo das chances de você, com uma aposta simples, ganhar o prêmio destinado à Sena é diferente, pois há três eventos (utilizando o jargão estatístico) mutuamente excludentes2 em que isso pode ocorrer:

A) Você acertar a Sena
B) Você acertar a Quina e ninguém acertar a Sena
C) Você acertar a Quadra e ninguém acertar a Quina ou a Sena.

Já sabemos que a probabilidade de ocorrência do evento A é de 0,0000020%. A do evento C será ignorada nos cálculos deste post por ser absolutamente desprezível, principalmente pelo grande número de apostas realizadas neste último sorteio do ano. Nos sorteios da Mega-Sena da Virada de 2009/2010 e 2010/2011, onde passaram a vigorar as regras atuais3, houve 1561 e 734 ganhadores da Quina, respectivamente.

A chance de ninguém acertar a Sena, necessária para se obter a probabilidade do evento B, seria calculada, idealmente, da seguinte forma: de posse das apostas realizadas por todos os jogadores para este concurso, verificaria-se quantas combinações de 6 números não foram escolhidas por NENHUM jogador. Chamando este número de M, a probabilidade de ninguém acertar a Sena seria de M/N, onde N é o número total de combinações (50.063.860). 

O grande problema é que a relação de todas as combinações apostadas não é disponibilizada para o público e, mesmo que fosse, levaria algum tempo para se tabular todas as informações e identificar o valor de M. Utilizarei mais uma vez, portanto, a técnica de simulação estocástica, desta vez para estimar quantas combinações não são escolhidas por nenhum jogador em um concurso da Mega Sena. Irei supor que serão realizadas um total de P apostas simples, independentes entre si, e os números em cada aposta seriam escolhidos de forma totalmente aleatória. É claro que, na prática, a distribuição de apostas não segue necessariamente este padrão, já que:

·      em um conjunto de apostas realizadas por um mesmo jogador (ou em um bolão), cada uma delas não é escolhida de forma independente, pois, por exemplo, não haverá apostas iguais nesse conjunto;

·      há combinações mais suscetíveis de serem escolhidas.

Porém, diante da impossibilidade de se realizar um cálculo exato, a metodologia proposta permite, ao menos, obter uma estimativa razoável.

Tomando como base os totais arrecadados nos sorteios de 2009 e 2010 (R$435 milhões e R$472 milhões, respectivamente4) divididos pelo valor da aposta simples (R$2,00), estimo que o total de combinações apostadas (P) seja de aproximadamente 225 milhões5. Note que este valor é mais de 4 vezes maior do que o número de combinações possíveis, o que não garante que todas elas serão escolhidas por alguém, devido à possibilidade de haver combinações repetidas.

A simulação resultou, em média, em um percentual em torno de 0,25% para o número de combinações não escolhidas. Portanto, a probabilidade de você ratear o prêmio na situação B será igual a6:

     Probabilidade de ninguém fazer a sena  »  0,25%
                                   ´         
     Probabilidade de você fazer exatamente a Quina7      »  0,00065%
                                   =
            Probabilidade do evento B = 0,0000016%

A probabilidade de você ratear o prêmio destinado à Sena na Mega-Sena da Virada com uma aposta simples é a soma das probabilidades dos eventos A e B (destacadas em negrito), que assume um valor de aproximadamente 0,0000036%. Apesar de suas chances de ganhar aumentarem em 80% em relação a um concurso normal da Mega-Sena, é importante lembrar que, em caso de premiação fazendo a Quina, você provavelmente irá dividir o prêmio com um grande número de pessoas.

Seria interessante, portanto, tentar diminuir as chances de dividir o prêmio com outras pessoas, ao escolher combinações mais improváveis de serem apostadas. Neste caso, porém, a Psicologia entra em cena para identificar o padrão adotado pelas pessoas ao realizar os jogos. É comum, por exemplo, que se escolham números associados a datas comemorativas ou números dispersos de forma homogênea ao longo do volante de aposta (como por exemplo, um número em cada uma das 6 dezenas, de 1 a 10, 20 a 29,...,51 a 60).

Fuja deste padrão e pense em alguma combinação que quase ninguém apostaria, como por exemplo 1, 4, 6, 8, 9, 11. Não se preocupe se este jogo parecer improvável, pois, como já sabemos, TODAS as combinações têm a mesma chance de ser sorteada. Mais uma dica: a aposta em números seguidos, como 1,2,3,4,5,6, deve ser evitada. Apesar de esta combinação parecer improvável para a grande maioria das pessoas, é mais fácil de ser escolhida por alguém, porque obedece a certo padrão.

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1) Posts “A Mega em Cena”, de 03/05/2011 e “Números em Sequência”, de 08/05/2011”

2) Na teoria das probabilidades, dois eventos são mutuamente excludentes quando não podem ocorrer simultaneamente.

3) A Mega-Sena da Virada foi criada em 2008, porém apenas a partir de 2009 passou a vigorar a regra de que o prêmio da Sena não seria acumulado para o sorteio seguinte, mas sim repassado aos ganhadores da Quina e Quadra.

4) Informações sobre arrecadação e resultados dos sorteios podem ser obtidas no endereço http://www1.caixa.gov.br/loterias/loterias/megasena/como_jogar.asp.

5) É importante lembrar que o preço das apostas múltiplas (por exemplo, de 7 números) é diretamente proporcional ao número de combinações contidas na mesma. Portanto, para este cálculo, não faz diferença como o total de apostas está distribuído entre apostas simples e múltiplas.

6) A rigor, deve-se realizar o produto entre a “Probabilidade de ninguem fazer a sena” e a “Probabilidade de você fazer exatamente a Quina, dado que você não fez a Sena”. No entanto, a probabilidade condicionada no segundo fator é praticamente igual à probabilidade de você fazer exatamente a Quina.

7) Para uma aposta simples, o número de sorteios favoráveis para você fazer a Quina é C65 ´ C541, que é a composição das combinações de 5 números dentre os 6 que você escolheu e de 1 número dentre os 54 que você NÃO escolheu. A probabilidade de fazer a Quina será então a razão entre esta quantidade e o número total de combinações (C606).