奎伯的杯子問題
來源:網(wǎng)絡(luò)來源 2009-08-30 13:10:57
a.巴尼在飲店工作,他給他的兩位顧客表演10個杯子游戲。
b.巴尼:這有一排10個杯子,前5個杯子裝著可樂,后5個杯子空著,你能挪4個杯子,使?jié)M杯和空杯間隔排列嗎?
c.巴尼:好,只需第2個杯子和第7個杯子交換位置,第4個杯子和第9個杯子交換位置。
d.奎伯教授總想一些奇特的方法,碰巧聽到了這個問題。
奎伯教授:為什么要挪4個杯子,我們能否只動2個杯子?
e.奎伯教授:很簡單,把第2個杯中的可樂倒進(jìn)第7個杯中,把第4個杯中的可樂倒進(jìn)第9個杯中。
不尋常的奎伯
盡管奎伯教授通過巧辯解決了這個問題,但普遍問題并不像這個問題這么平常。例如,同樣的問題,如果是100個滿杯和100個空杯需要對調(diào)多少次才能使?jié)M杯和空杯間隔排列?
用200個杯子做實驗不很實際,我們首先分析較小的n值的解決方法,這里n是滿杯或空杯數(shù)。你可以用兩種顏色的記號來解題(或者牌的正反面、硬幣的正反面、不同面值的硬幣等等)當(dāng)n=1時無解。n=2時顯然只對調(diào)一次。n=3時也對調(diào)一次。進(jìn)一步努力,你可以發(fā)現(xiàn)簡單的公式,n是偶數(shù)時,對調(diào)數(shù)為n/2。n是奇數(shù)時,為(n—1)/2。所以,如果是100個滿杯和100個空杯,需要對調(diào)50次。
這需要移動100個杯子,奎伯的幽默作法把移動杯數(shù)減少了一半。
又有一個類似的分隔同題,但比較難解。在同一排中有n個一類物體,相鄰的是n個另一類物體(如上面用玻璃杯、記號、牌等來表示)你還是要把這一排列變?yōu)榛ハ嚅g隔狀態(tài),但我們移動原則不同了。我們必須移動一對記號放到隊列中任何空白處,移動中不能改變這兩個記號的順序。例如,這是n=3時的做法:
XXXOOO
XOOOXX
X00XOX
OXOXOX
一般的解法是什么呢?n=1時無解。你很快也發(fā)現(xiàn),n=2時也無解。對所有大于2的n,最小的移動次數(shù)是n。
當(dāng)n=4時,解決這個同題就很不易,或許你已經(jīng)解決了,或許當(dāng)n大于等于3時你能用公式來表示這個問題的解。
這些問題變化一下,可以產(chǎn)生一些其它的難題:
(1)規(guī)則同前,只是當(dāng)你移動一對記號時,如果是不同顏色的,在移動前交換它們的位置。也就是黑紅對在移動前變?yōu)榧t黑對,8個記號移動5次可以完成,10個記號移動5次也可以完成。我們還不知道一般的解決方法,或許你能找到。
(2)規(guī)則和原題一樣,只是一種顏色的記號有n個,另一種顏色的記號有n+1個,并且只有顏色不同的一對才能移動�?梢宰C明:無論n為何值,都需移動n2次,且這是最小的移動次數(shù)。
(3)三種不同顏色的記號,移動每對相鄰的記號使三種顏色相互間隔,如果n=3(即總共9個記號)需移5次。在以上的變化中,我們都設(shè)變化為最后排列時排列中沒有空隙,如果允許空隙存住,移動4次就能得到結(jié)果。
一些變化的假設(shè)迄今還沒有提出來,更不必說解決了。比如,在以上的變化中,一次移動3個或更多相鄰記號。
還有,如果先移動1個記號,再移動2個相鄰的記號,接下來是3個以至4個等等。已知各有n個兩種顏色的記號,移動n次能解決問題嗎?
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