第10章 迷題中茅塞頓開(2)(2 / 3)

狼羊渡河

學會在一張複雜的圖上找出最好的一條路,往往可以幫我們解決許多問題。比如,一個人帶了一隻狼、一隻羊和一筐白菜,要過一條河。可是船太小,一次隻能帶一樣東西過河。如果他不在,狼要吃羊,羊要吃白菜。問他應該怎樣擺渡?這個問題,就可以轉化成為在圖上找出一條道路的問題。

為了簡便起見,我們用R、L、Y和B表示人、狼、羊和白菜。R、L、Y、B最初都在河的這邊,用RLYB表示。如果人把羊帶到對岸,留在河這邊的狼和白菜用LB表示,並且把RLYB畫一個箭頭指向LB。O表示河這岸什麼也沒有了。

從上圖可以看出兩種解決方案:

RLYB→LB→RLB→B→RYB→Y→RY→O;RLYB→LB→RLB→L→RLY→Y→RY→O。

用話來說,前一個方案是:

1,把羊帶到對岸(這岸剩下LB);2,人回到這邊(這岸變成RLB);3,把狼帶到對岸(這岸剩下B);4,把羊帶回來(這岸變成RYB);5,把白菜帶到對岸(這岸剩下Y);6,空人回到這岸(這岸變成RY);7,把羊帶到對岸(這岸成為O)。

一則廣告

這天,智慧哥哥與聰聰出去玩,走在街上,一則廣告吸引了聰聰:

好消息空瓶換酒為方便顧客,三個空啤酒瓶可換一瓶啤酒。

本店啟“嘿,真新鮮,空啤酒瓶可以換啤酒。”想到愛喝啤酒的爸爸,聰聰對商店的這條措施讚賞極了。

智慧哥哥也覺得這條廣告挺有意思。他想了想後問聰聰:“如果有10個空瓶,能夠換到幾瓶酒呢?”“能換3瓶酒。”聰聰不假思索,脫口而出,他覺得這個問題太簡單了,3個空瓶換1瓶酒,9個空瓶換了3瓶酒,還剩下一個空瓶就是了。

智慧哥哥衝他搖搖頭,說:“你好好想想。”聰聰想了一會兒又說:“可以換4瓶酒。”智慧哥哥讓他說說理由,聰聰說:“有10個空瓶,先用9個換回3瓶酒,還剩下1個空瓶。酒喝完後再用3個空瓶去換一瓶酒,因此可以換到4瓶酒。”智慧哥哥說,還可以多換,並提示聰聰說:“如果把換回的第四瓶酒也喝完了,還有幾個空瓶呢?”“還有兩個空瓶。”聰聰回答。

“這兩個空瓶能不能利用呢?”智慧哥哥問。

聰聰驀地想到,有一次生病,想喝汽水,商店裏賣汽水卻一定要收瓶,否則不許帶走。媽媽跟鄰居借了一個空瓶買回汽水,喝完又把空瓶還給鄰居家。這件往事啟發了聰聰。

聰聰說:“再跟朋友借一個空瓶,這樣就可以湊足3個空瓶,換回1瓶酒,酒喝完後再把空瓶還給人家。這樣用10個空瓶就可以喝到5瓶酒了。”智慧哥哥說:“其實,道理很簡單,你看。”說著,寫出兩個式子:

3個空瓶=1瓶酒=1個空瓶+1瓶的酒,2個空瓶=1瓶的酒。

“因此,10個空瓶的價值應該相當於不包括瓶的5瓶酒。”“原來是這樣,真有意思。”聰聰說。

同一天過生日的人

在研究組合問題時,我們有一些最基本的原理,其中最重要的是抽屜原理。抽屜原理也稱為鴿洞或鴿籠原理,它非常簡單,但是卻很有用處。

鴿籠原理最簡單的形式是這樣的,如果要把n+1隻或更多的鴿子放進n個鴿籠子裏,那麼至少有一個鴿籠中有兩隻或兩隻以上鴿子。值得注意的是,把n+1隻鴿子放進n個籠子裏的辦法有許多,我們可以把n+1隻鴿子都放在一個籠子中,也可以每個籠子放一隻,最後一個籠子放兩隻。因此,我們的興趣不在於怎樣放法,而是用來證明一些情況的存在性。例如,一個生日宴會上有400人參加,那麼一定有不少人同一天過生日,因為一年有365或366天,但是究竟這400人都是一天過生日,還是沒有一個當天過生日(假定過生日的主人不在400人之內),鴿洞原理並不能判斷。這個看來用處不大的原理能解決不少問題。舉例講,一個邊長為1的正方形內最多能找到幾個點,使這些點之間的距離大於12。碰到這類問題,雖然可以湊出來答案,但是要嚴格證明,卻需要鴿洞原理。方法是把正三角形三邊中點作一個小的正三角形,這樣正三角形分成四個小三角形,這四個小三角形中點的關係有兩方麵:

(1)如果兩個點在不同的小三角形中,則這兩點的距離可能大於12,當然也可能等於或小於12。

(2)如果兩個點在同一個小三角形中,則這兩點的距離一定小於12。

現在我們有4個小三角形,如果有5個點,那至少有一個小三角形中有兩個點,它們之間距離小於12。因此,我們在正三角形之內最多隻能找到4個點它們彼此之間的距離大於12。

同樣在這個正三角形中,最多找到9個點,它們彼此之間距離大於13,類似我們還可以解決更一般的問題。

都認識或都不認識

拉姆賽是位英國的天才科學家,他隻活了26歲,卻對數理邏輯和經濟學做出不可磨滅的貢獻。而作為研究邏輯的副產品,以他命名的拉姆賽理論已成為組合理論乃至數學的一個重要分支,在各個領域特別是計算機科學中有著重要應用。

拉姆賽的出發點非常奇特,看起來同數學沒什麼關係。任何一個集會,聚會或者宴會,參加者都是四麵八方來的人,兩人可能相互認識或相互不認識。拉姆賽的定理是講,如果集會的總人數等於或超過6個人,那麼其中至少有3人,這3個人互相都認識或者都不認識。但是如果人數少於6人,則這種情況不一定出現。