一些与数字相关的谜题十分奇异,而且难以处理,热衷于此的人们为了给出解答不惜花费数年时间来用运行计算程序。 藏在一个简单问题背后的答案有可能极其复杂,尤其在算术学领域:将数字 196 变成回文数就是一个很好的例子。问题似乎源自查尔斯·特里格于 1967 年发表在《数学杂志》(Mathematics Magazine,Vol.40,p.26-28)中题为“加法中的回文”(Palindrome in addition)的文章。不过,问题的起源有没有可能更早呢? 从一个十进制数 N 开始,将其各位数字倒置得到的数字,并与 N 相加。反复进行这样的操作,一般情况下就能得到一个回文数——数字从左向右和从右向左读起来相同。 若 N=13,有 13+31=44,这是一个回文数。N=1048,1048+8401=9449,这也是回文数。显而易见,加法如果没有发生进位,就能得到回文数。进位会影响回文的出现,但也不会有所妨碍,就像数字 29:29+92=121。 对 N=64,计算不能一蹴而就,64+46=110,并非回文。但是对结果 110 重复操作,就得到回文数:110+011=121。我们也顺便看到两个不同的整数 29 和 110,经过一步计算得到相同的回文数 121。 有时两步计算也不够。比如 N=87 就需要四步:第一步 87+78=165,第二步 165+561=726,第三步 726+627=1353,第四步 1353+3531=4884。 对于 N=89 计算就更长,需要 24 步计算才能得到回文数(参见“89 的计算”)。 对 100 以内的所有整数进行上述操作,总能得到回文数,而且大多数情况下计算步数也很少。于是,这让人产生一个想法:只要有耐心,也许对任何正整数重复进行倒置相加的运算都可以得出回文数。
2 数字 79。经过 6 次将上一步结果与各位数字倒置得到的数字相加,得到回文数 44 044。 为了证实这个论断,我们借助计算机依次考虑每一个数字,并进行系统性计算,直到对每一个整数找到一个回文数。直到数字 196 之前,一切进展顺利。而对 196,即便做了 50 步运算,也得不出回文数。100 步以后,仍旧没有。1000 步乃至 1 000 000 步以后,还是一无所获! 以 196 计算得出的数字长度规则增加。韦德·范·蓝丁汉是这个问题的爱好者,也是当今迭代计算的纪录保持者,他以难以置信的毅力对 196 进行了超过七亿步倒置相加计算。得出的整数包含超过三亿位数字……但还是没有发现回文数。 我们可以预见,这样的计算需要用到精巧设计、精心调校的计算机程序,以及很大的耐心来完成运行。超过 20 年的持续寻觅造就了当今的世界纪录。尽管计算机的计算能力实现了惊人飞跃(二十年来,同等价格计算机的计算能力增长了 10 000 倍),可持续运行数年之后,仍未能从 196 找出回文数。“196 的计算”详细介绍了众人为了计算 196 是否能得到回文数而做出的超人努力。 我们先试着提出一个猜想: 必然回文数猜想 任何整数经过重复倒置相加运算都能产生一个回文数。 同时,关于 196 的经验有理由让人相信:它构成了一个反例。于是人们提出了另一个猜想: 196 无限变化猜想 对数字 196 进行倒置相加运算永远不会产生回文数。 两个猜想之中最多只能有一个成立。若 196 能得出回文数,而另一个不同的数字却永远不能得出回文数,那么两个猜想都不能成立。 这个问题引出了著名的叙拉古猜想,也叫作考拉玆问题,至今一直未得到解答。在这个猜想中,N 若为偶数就除以 2,若为奇数就替换成 3N+1。这样数字 5 就依次变成 16、8、4、2、1。是否所有的 N 都最终得到 1 ?对直到 1.25×262=5.76×1018 的所有整数 N,该结果都已被证实,这是葡萄牙阿威罗大学的托马斯·奥利维拉·埃·席尔瓦在 2011 年 11 月创造的纪录。总能得到 1 的论断就是叙拉古猜想,这是数学爱好者以及某些专业人士最青睐的研究主题。 对于叙拉古猜想,固执的程序员希望找到引发循环的初始数字 N: 几步计算之后将重新得到 N。这样的计算可以否定叙拉古猜想,计算的作者也能一夜成名!用倒置相加迭代不可能出现这样的循环,因为生成的数列是递增的。 在倒置相加迭代问题里,数学爱好者通过持续计算来寻找回文数,或许能够对 196 无限变化猜想做出判断(只要能计算得出回文数),而程序员却对解答必然回文数猜想不抱任何希望(与叙拉古猜想的情况相反)。即使从 196 得到回文数,也并不能就此说明其他无穷多数字的情况,没有任何计算能够明确断定其他数字也都能得出回文数。
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