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数学游戏一笔画

 淡泊1212 2019-03-11

从最近一段时间发的推文来看,关于游戏的话题,还是最受朋友们喜欢,因此,数学佬决定投大家所好,继续介绍各种数学游戏及其解法和原理。借着玩迷宫的威风,我又玩了一阵子小学生常玩的游戏——一笔画。

所谓一笔画,就是一笔把一个图形画出来。例如下面是一个非常简单的一笔画题目。

其中的数字就是解法的路径顺序。当然解法不止一种,你完全可以走出不一样的解答。

而下面则是一个稍难的一笔画问题。

亲爱的朋友,你可以试一试哦,不那么容易的。

当然,也不那么难,当年有个年轻人,轻松解决了这个问题,并据此写成论文,这个年轻人叫欧拉,他写的这篇论文叫《哥尼斯堡的七桥》,这篇论文开启了一个数学分支。

当然,欧拉不会无聊地解一笔画问题,他是在解决一个实际问题。哥尼斯堡有条河,河中央有两个小岛,为了方便居民往里,一共建造了七座小桥,纵横交错,于是有不少人开始尝试,能否不重复地走完所有的桥?

数学家欧拉首先很清晰地看到,解决这个问题绝不能自己亲自去走,当然拉着女朋友去走也是解决不了问题,第一步就必须从实际问题中跳出来。所有的桥,其实我们一点也不关心是不是石头桥是不是木头桥,也不关心栏杆上雕着狮子还是猴子,甚至我们也不关心桥连着的是小岛还是河岸。对吧,于是问题就转变成

这个图形中,是否能找到一条路径,不重复走遍所有边?

OK,伟大的欧拉还是没有直接寻找这个问题的答案,而是想,如果能找到,那么这个路径应该具有什么样的特点?显然,除了起点和终点,所有的中间点,都应该“只要有进就必须有出”,换言之,它们的边必须是偶数。

好的,问题解决了。我们称边为偶数的点为偶数点,边为奇数的点为奇数点,则

如果一个图的所有点都是偶数点,那么这个图一定能一笔画出,用任意一个点做起点和终点即可。

如果一个图的奇数点是2个,那么这个图也能够一笔画出,用其中一个点做起点,另一个点做终点即可。

除此之外,奇数点不是0个或2个,这个图无法一笔画出。

而哥尼斯堡的七桥问题中,4个点都是奇数点,当然是无法一笔画出了——答案居然是无解!

后来的研究加了个条件,这个图首先得连着的,称为连通图。这个条件当然对,但是很无厘头。

后来又有人研究了,说如果这个图的奇数点有2n个,则它可以用n笔画出。(好吧,正确,可以写成论文,巴特,我认为没有创意)

废话不多说,我们已经知道了解一笔画问题的关键:数点的边。找出奇数点,没有奇数点则任意点为起点,有2个奇数点则一个起点一个终点。中间的路径很容易试,解法太多了。

 

在这个问题中,左右角的两个点是奇数点,选其中一个做起点一个做终点,哗哗哗就解决了。什么?怎么走?深度优先搜索呀。很快的,几乎不需要怎么回溯。

在网上的游戏中,为了增加难度,还设置了一些需要走两次的线(要点:根本就可以忽略不计,因为走两遍不就是回到原点嘛……),还有的设置一些单行线,(要点:这是真的障碍,因为单行线会大幅度减少解的个数),还有的设置了跳转,(要点:自动跳转就相当于一条边而已)

小结:一笔画问题,就是数一数每一个点的边数。如果全部是偶数点,则从任意一点出发可以走一个圈回到出发点;如果两个奇数点,则从其中一个点出发可以走一个链回到另一个奇数点。

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