這是2017年全國高中聯賽2試題第三題。我們注意到2007,2009,2011,2017這四年都是方陣問題,這意味著組合題目在2007-2018這些年中佔了組合題目的1/3,要充分引起高聯考生的重視.我感覺一些學校的教練老師對此重視不夠,需要特別加強,比題海硬算不等式好得的多。這裡發出來供老師同學參考。
題目
將33x33的方格紙中的每個小方格染三種顏色之一,使得每種顏色的小方格個數相同,若相鄰的小方格的顏色不同,則稱它們的公共邊為“分隔邊”,試求分隔邊條數的最小值。
解答
設三種顏色為k=1,2,3.對於6x1的方格情形,如果3種顏色中,相同的顏色放到一起,分隔邊會少,這是因為從上到下掃描方格,跳過相鄰的不同色的方格,分隔邊就增加一條。對於3x3的方格的情形,圖2的兩種情況分隔邊最少,都是6。
但是對於9x9方格的情形,圖2.b的情形比圖2a的情形分隔邊更少。前者為18,後者只有9+6+1=17.
對33x33的方格,我們猜測下面的塗色方式,分隔邊數最少。
合計為33+22+1=56條。
下面證明這個猜測。
對於一行來說,計數豎直方向的分隔邊數,可以由左向右掃描,設初始的分隔邊數為0.發現顏色變化了,分隔邊數加1。對一列計數水平分隔邊數,只需從上到下掃描。當不存在一行或者一列是同一個顏色時,每個行至少貢獻一個豎直分隔邊,一個列至少貢獻一個水平分隔邊,所以合計至少有33+33=66個分隔邊>56.因此至少有一個同色行或列。
令
圖4是k=2的一個示意圖,如果有顏色2方格的行編號最小是lmin,最大是lmax;列編號最小是cmin,最大是cmax,則所有的顏色為2的方格框在小實線矩形內。
由於我們認為分隔邊數出現分隔邊最少的時候,每行,每列顏色主要是發生了一次變化,最多是多發生兩次變化,只需按如下方式估計就能取到足夠好的分隔邊總數下界了。
行列含有的顏色數,可以用以下兩式記錄:
總的分隔線邊數滿足:
因此,總計分隔線最少為56.
評論:
此題也是個染色問題,採用的手法是經典的以色數為計數對象的手法法,東歐俄羅斯風格題目。標答基本上是不錯的,此處只是略微做了修改,採用啟發式分析,目的是為了教學,基本精神與標答一致。
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