如圖1(其中一種初態),乙個4×4的棋盤,上面有1~15共15個數字和乙個空格(用◎表示),要求利用空格移動棋子把他們排成圖2的形式(目標狀態)。
10 1 11 14 1 2 3 4
2 3 ◎ 5 5 6 7 8
8 9 4 15 9 10 11 12
12 13 6 7 13 14 15 ◎
(圖1) (圖2)
問題:
現有一函式f(x),x表示格仔的編號(編號與圖2類似,◎處為16號),f(x)的值表示從第x+1格到第16格中,較x格中的棋子的號碼小的棋子個數。例如,圖1中,第8格的棋子是5,故f(8)=1,同理f(14)=2。對於空格◎,定義為比任何棋子都大,如圖1中f(7)=9。又如,圖2中,f(1)=f(2)=...=f(16)=0。
設空格位於棋盤上第i行第j列(如圖1,i=2,j=3)。
求證:
對於乙個給定的初態,如果:
16 ∑f(x)+i+j
x=1
和是偶數,則該初態可變換成目標狀態,否則,其他任何初態都不可能變換成目標狀態。
///結論0:
若某種初態能夠變換為圖2的排列,則∑f(x)+i+j 是偶數。
證明:考慮空格◎朝上、下、左、右四個方向移動的時候∑f(x)+i+j的變化量:
左、右:變化量為0;
上:設◎的格號為k,格號為k-1,k-2,k-3的格仔中有m個數大於格仔k-4中的數,
則此時的變化量等於2*m;
下:設◎的格號為k,格號為k+1,k+2,k+3的格仔中有m個數大於格仔k+4中的數,
則此時的變化量等於-2*m;
每種情況變化量都是偶數。
由於最終的目標狀態的∑f(x)+i+j=8是偶數,所以結論0成立。
結論1:
在下面的2x3**中i,j可以互換位置,其中◎可在任意乙個x處。
i
x
x
j
x ◎
證明:
i
x
x
j
x ◎
i
◎
x
j
x
x
j
i
x
◎
x
x
◎
j
x
x
i
x
x
j
x
i
◎
x
x
◎
j
i
x
x
x
i
j
x
◎
x
◎
i
j
x
x
x
j
◎
x
i
x
x
得證!由結論1,便可以得到:
結論2:
在2x3的**中,任意兩個數都可以按指定順序移到邊上的兩個格中。
證明:1.若這兩個數在表中相鄰,則首先利用空格子將它們拉到邊上,如果順序正確,即為所求;若不正確,利用結論1,調換位置。
2.若這兩個數在表中不相鄰,則首先利用空格子讓它們相鄰,然後同上。
結論3:
對於4x4的**,通過適當的移動,肯定能得到下列兩種結果狀態之一:
(1). 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
◎
(2). 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1513
14 12◎
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