街コロの期待値を出す

facility.rb

class Facility
  attr_reader :name, :cost, :income, :range, :color

  def initialize(name:, cost:, income:, color:, range:)
    @name = name
    @cost = cost
    @income = income
    @color = color
    @range = Array(range)
  end

  def self.initial_data
    [
      Facility.new(name: "麦畑", cost: 1, income: 1, color: :blue, range: 1),
      Facility.new(name: "牧場", cost: 1, income: 1, color: :blue, range: 2),
      Facility.new(name: "パン屋", cost: 1, income: 1, color: :green, range: [2, 3]),
      Facility.new(name: "コンビニ", cost: 2, income: 4, color: :green, range: 4),
      Facility.new(name: "カフェ", cost: 2, income: 3, color: :red, range: 3),
      Facility.new(name: "森林", cost: 3, income: 1, color: :blue, range: 5),
      Facility.new(name: "鉱山", cost: 6, income: 5, color: :blue, range: 9),
      Facility.new(name: "ファミレス", cost: 3, income: 2, color: :red, range: [9, 10]),
      Facility.new(name: "リンゴ園", cost: 3, income: 2, color: :blue, range: 10),
    ]
  end
end

machikoro.rb

require("./facility")

# ダイスを1つ振った時の各目の確率
def solo_dice_ptobabilities(range)
  range.reduce(0) do |sum, r|
    sum + if r >= 1 && r <= 6
            Rational(1, 6)
          else
            0
          end
  end
end

# ダイスを2つ振った時の各目の確率
def twice_dice_ptobabilities(range)
  range.reduce(0) do |sum, r|
    sum + (
      {
        2 => Rational(1, 36),
        3 => Rational(2, 36),
        4 => Rational(3, 36),
        5 => Rational(4, 36),
        6 => Rational(5, 36),
        7 => Rational(6, 36),
        8 => Rational(5, 36),
        9 => Rational(4, 36),
        10 => Rational(3, 36),
        11 => Rational(2, 36),
        12 => Rational(1, 36),
      }[r] || 0
    )
  end
end

class Machikoro
  def initialize(player_number: 4)
    @player_number = player_number
  end

  # 階乗
  def factorial(n)
    return 1 if n == 0
    (1..n).inject(:*)
  end
  alias :f :factorial

  # 組み合わせ
  def combination(n, r)
    f(n) / (f(n - r) * f(r))
  end
  alias :c :combination

  # 期待値
  # income 報酬
  # probability 報酬の出る確率
  # tries 試行回数
  def mean(income, probability, tries)
    t = probability     # 目が出る確率
    f = 1 - probability # 目以外が出る確率

    (1..tries).map { |k|
      (k * income) * (c(tries, k)) * (t ** k) * (f ** (tries - k))
    }.reduce(:+)
  end

  # 試行回数
  def tries(color)
    case color
    when :blue
      @player_number # 全てのプレイヤーのターン
    when :green
      1 # 自分のターン
    when :red
      @player_number - 1 # 相手のターン
    end
  end

  # 元が取れるまで
  def break_even(cost, mean)
    return Float::INFINITY if mean == 0
    (cost / mean).round
  end

  def run
    puts "プレイヤー数(試行回数): #{@player_number}"
    puts ""

    Facility.initial_data.each do |f|
      t = tries(f.color)
      m1 = mean(f.income, solo_dice_ptobabilities(f.range), t) 
      m2 = mean(f.income, twice_dice_ptobabilities(f.range), t)
      b1 = break_even(f.cost, m1)
      b2 = break_even(f.cost, m2)
      puts "#{f.name}(#{f.color}) 目:#{f.range} コスト:#{f.cost} 収入:#{f.income}"
      puts "サイコロが1つ 期待値:#{m1} 元が取れるターン数:#{b1}"
      puts "サイコロが2つ 期待値:#{m2}  元が取れるターン数:#{b2}"
      puts ""
    end
  end
end

player_number = (ARGV[0] || 4).to_i
Machikoro.new(player_number: player_number).run

result

プレイヤー数(試行回数): 4

麦畑(blue) 目:[1] コスト:1 収入:1
サイコロが1つ 期待値:2/3 元が取れるターン数:2
サイコロが2つ 期待値:0  元が取れるターン数:Infinity

牧場(blue) 目:[2] コスト:1 収入:1
サイコロが1つ 期待値:2/3 元が取れるターン数:2
サイコロが2つ 期待値:1/9  元が取れるターン数:9

パン屋(green) 目:[2, 3] コスト:1 収入:1
サイコロが1つ 期待値:1/3 元が取れるターン数:3
サイコロが2つ 期待値:1/12  元が取れるターン数:12

コンビニ(green) 目:[4] コスト:2 収入:4
サイコロが1つ 期待値:2/3 元が取れるターン数:3
サイコロが2つ 期待値:1/3  元が取れるターン数:6

カフェ(red) 目:[3] コスト:2 収入:3
サイコロが1つ 期待値:3/2 元が取れるターン数:1
サイコロが2つ 期待値:1/2  元が取れるターン数:4

森林(blue) 目:[5] コスト:3 収入:1
サイコロが1つ 期待値:2/3 元が取れるターン数:5
サイコロが2つ 期待値:4/9  元が取れるターン数:7

鉱山(blue) 目:[9] コスト:6 収入:5
サイコロが1つ 期待値:0 元が取れるターン数:Infinity
サイコロが2つ 期待値:20/9  元が取れるターン数:3

ファミレス(red) 目:[9, 10] コスト:3 収入:2
サイコロが1つ 期待値:0 元が取れるターン数:Infinity
サイコロが2つ 期待値:7/6  元が取れるターン数:3

リンゴ園(blue) 目:[10] コスト:3 収入:2
サイコロが1つ 期待値:0 元が取れるターン数:Infinity
サイコロが2つ 期待値:2/3  元が取れるターン数:5