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《啊哈!灵机一动》-奎伯的杯子问题

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论坛元老

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发表于 2016-8-13 14:36:10 | 显示全部楼层 |阅读模式

          
          

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      不寻常的奎伯
      尽管奎伯教授通过巧辩解决了这个问题,但普遍问题并不像这个问题这么平常。例如,同样的问题,如果是100个满杯和100个空杯需要对调多少次才能使满杯和空杯间隔排列?
      用200个杯子做实验不很实际,我们首先分析较小的n值的解决方法,这里n是满杯或空杯数。你可以用两种颜色的记号来解题(或者牌的正反面、硬币的正反面、不同面值的硬币等等)当n=1时无解。n=2时显然只对调一次。n=3时也对调一次。进一步努力,你可以发现简单的公式,n是偶数时,对调数为n/2。n是奇数时,为(n―1)/2。所以,如果是100个满杯和100个空杯,需要对调50次。
      这需要移动100个杯子,奎伯的幽默作法把移动杯数减少了一半。
      又有一个类似的分隔同题,但比较难解。在同一排中有n个一类物体,相邻的是n个另一类物体(如上面用玻璃杯、记号、牌等来表示)你还是要把这一排列变为互相间隔状态,但我们移动原则不同了。我们必须移动一对记号放到队列中任何空白处,移动中不能改变这两个记号的顺序。例如,这是n=3时的做法:
      XXXOOO
      XOOOXX
      X00  XOX
      OXOXOX
      一般的解法是什么呢?n=1时无解。你很快也发现,n=2时也无解。对所有大于2的n,最小的移动次数是n。
      当n=4时,解决这个同题就很不易,或许你已经解决了,或许当n大于等于3时你能用公式来表示这个问题的解。
      这些问题变化一下,可以产生一些其它的难题:
      (1)规则同前,只是当你移动一对记号时,如果是不同颜色的,在移动前交换它们的位置。也就是黑红对在移动前变为红黑对,8个记号移动5次可以完成,10个记号移动5次也可以完成。我们还不知道一般的解决方法,或许你能找到。
      (2)规则和原题一样,只是一种颜色的记号有n个,另一种颜色的记号有n+1个,并且只有颜色不同的一对才能移动。可以证明:无论n为何值,都需移动n2次,且这是最小的移动次数。
      (3)三种不同颜色的记号,移动每对相邻的记号使三种颜色相互间隔,如果n=3(即总共9个记号)需移5次。在以上的变化中,我们都设变化为最后排列时排列中没有空隙,如果允许空隙存住,移动4次就能得到结果。
      一些变化的假设迄今还没有提出来,更不必说解决了。比如,在以上的变化中,一次移动3个或更多相邻记号。
      还有,如果先移动1个记号,再移动2个相邻的记号,接下来是3个以至4个等等。已知各有n个两种颜色的记号,移动n次能解决问题吗?
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