生活中的旋轉
將一個圖形旋轉很難嗎?
真的不難,利用各種繪圖工具都能輕鬆實現,不要說180°,任意角度都可以,當然還可以製作成動畫。
稍微難點的,比如將身體旋轉180°,也有人做到了……
這不科學啊,感覺思想被掏空……
誠然,將一行數字旋轉180°也是SO EASY的
增加點難度
有n個盒子,從左至右依次編號為:1、2、3、……、n-1、n,每個盒子裡有兩個球,第1個盒子裡是編號為n的小球,第二個盒子裡是編號為(n-1)的小球,第三個盒子裡是編號為(n-2)的小球……第n個盒子裡是編號為1的小球。
要求:每次取相鄰盒子裡的兩個小球互換位置,那麼最少經過多少次變換,才能將標有編號的小球全部放入相對應的箱子裡?
即將數字:nn、(n-1)(n-1)、……、33、22、11,至少經過多少次變換,轉化為:11、22、33、44、……nn
一看到數學上的n就會想讓它……
我們從n=2開始研究,
這個很簡單,將22、11變成11、22,
22、11→21、21→11、22,兩次即可;
下面是n=3時,
這個也不難,33、22、11→31、22、13→11、22、33,
哈哈,同樣的兩步之內完成……
有小夥伴說:哦!我知道了,根據數學歸納法,兩步即可完成……
事情沒有那麼簡單,
我們跳過簡單的n=4,來到n=5,
將55、44、33、22、11變換成11、22、33、44、55,每次交換其中的兩個數,小夥伴們可以試一下……
有人會這樣想:一共10個球,是不是需要交換2×10=20次呢?
事實不是這樣的,只需要15次即可。
55、44、33、22、11
→54、54、33、22、11
→54、43、53、22、11
→54、43、32、52、11
→54、43、32、21、51
→54、43、21、32、51
→54、31、42、32、51
→41、53、42、32、51
→41、32、54、32、51
→41、32、42、53、51
→41、42、42、31、55
→41、42、21、43、55
→41、21、32、43、55
→11、42、32、43、55
→11、22、43、43、55
→11、22、33、44、55
又是一個大坑!數學太難了!
分析
一看看去似乎覺得不可思議,仔細一想,有道理在裡面的,我們將左邊盒子中數字大於右邊盒子中的數字,稱為“逆數對”。
如果兩個不同的數在一個盒子裡,我們稱為“半逆數對”。
假如某一步我們將:AB、CD變換成了AC、BD,最好的情況是BC這一個逆序對徹底消除,同時AC、BD兩個逆序對也消除了一半,AB、CD也消除了一半的逆序對,也就是說:最好的一步最多隻能消除3個逆序對。
按照這一分析,我們發現:n個盒子中共有2n個小球,逆數對的個數共有:
個逆數對,自然至少共需要步數為:
即可完成。
這個公式驗證了n=5時,最少需要15步的情形,依次類推,n=6時,最少的步數應該是22步。
然而,經過計算機的計算,n=6時沒有23步是不可能達到的,於是,這個問題又被挖了一個坑,這個坑還暫時未被填補上。
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