騎士之旅

歷史深度: Knight's Tour 是一個數學順序,在這個順序中,馬會準確地到達棋盤上的每個方格一次。它既是策略挑戰,也是娛樂數學的經典問題。.

 

起源:

這個問題遠不是現代的發現。已知最早的解法可追溯到 9 世紀,由 Al-Adli 和 As-Suli 等巴格達大師提供。此外,在 9 世紀的印度文學中,克什米爾詩人 Rudrata 在他的作品 Kavyalankara 中展現了這種數學美學,他創作了一首詩,按照騎士出巡的順序來寫。.

 

西方文學:

在 13 世紀,卡斯提國王阿方索十世 (King Alfonso X of Castile) 在他著名的《遊戲書》(Libro de los Juegos) 中,以騎士行動為基礎,描繪了複雜的演習。然而,這個問題的現代數學基礎是由 Leonhard Euler 在 1759 年奠定的,他的分析現在已被公認為圖形理論的基石之一。.

 

特性:

封閉 (Re-entrant) 導覽: 如果騎士在距離起始位置正好一步的位置結束,允許它立即再次開始巡遊。.

 

開放之旅:

如果馬訪問了每個方格,但是結束在一個方格上,從這個方格它無法在一次移動中到達起點。.

8 皇后問題:Dijkstra 與結構化程式設計的誕生

這個問題於 1848 年由 Max Bezzel 提出,並引起 Carl Friedrich Gauss 等天才的注意,在 1970 年代由現代電腦科學之父之一 Edsger W. Dijkstra 轉化為「程式設計宣言」。.

Dijkstra 與 DFS 的關係

在他的開創性著作中、, 結構化程式設計注意事項 1972 年),Dijkstra 利用 8 皇后問題 (8 Queens Problem) 來說明如何透過他稱為「逐步精進」的過程,有系統地建構演算法。“

  • DFS 和 Backtracking:Dijkstra 定義了一種方法,將一個皇后放在一排,然後下一個皇后(深度優先搜索 - DFS),當遇到死胡同時,返回上一步嘗試不同的可能性(Backtracking),這是結構化編程最純粹的例子。.

回溯的力量:

Dijkstra 認為,這種方法是將「試驗與錯誤」過程精煉成無瑕疵的邏輯順序的第一個重要里程碑,而這個順序可以讓合作夥伴、學術界和社會上的人們,都能從中受益。

小麥與棋盤問題:指數式成長

傳說與起源:

根據這個故事,當象棋的發明者 Sissa bin Dahir 將象棋呈獻給印度國王時,國王問他想要什麼獎賞。Sissa 提出了一個看似溫和的要求:「我要一粒麥子作為棋盤上第一個方格的獎勵,第二個方格兩粒,第三個方格四粒,之後每個方格的獎勵都是前一個方格的兩倍」。國王起初駁回了這個要求,認為這只是「一小撮麥子」;然而,當計算開始時,國庫或全世界的小麥存量顯然都不足以滿足這個要求。.

歷史記錄:Ibn Khallikan (1256)

1256 年,著名的傳記作家和歷史學家 Ibn Khallikan 首次以文字記錄了這個著名的故事。Ibn Khallikan 將這個事件納入他的著作中,不只是作為一個故事,而是作為數學如何突破想像力界限的證據。.

數學現實:

對於棋盤上的 64 個方格所提出的這項要求,是幾何遞增 (指數成長) 最純粹的範例。每個方格上的金額使用公式計算 2n-1 . .提供小麥總量的公式如下:

 

S =


63

i=0

2i = 264 - 1

計算得出的龐大數字為

18,446,744,073,709,551,615

為何如此重要?

  • 成長規模: 這個數字約相當於目前全球小麥年總產量的 2,000 倍。. 

策略課程: 這個問題是古老的智慧教訓,教導領導者和戰略家如何讓微小的變化(「倍增」)隨著時間的推移而轉化為無法控制的力量。.