數學模型 稱重問題

2021-06-28 10:42:51 字數 1324 閱讀 6263

兩類稱重問題:一、給定砝碼,可以稱多少種不同的質量。二、怎麼安排使得可以稱重的次數最少。

一、砝碼個數

用天平稱量物體質量,方法是1.乙個秤盤放物體,另乙個秤盤放砝碼。這對應著二進位制思想。2.乙個秤盤放物體,兩個秤盤都可以放砝碼,二者的差對應著物品質量。這對應著三進製的思想。

1.      二進位制思想

將稱量物品的最大質量寫成二進位制的形式,那麼需要砝碼的個數就是二進位制的位數。

2.      三進製思想

將稱量物品的最大質量寫成三進製的形式。n個砝碼可以最多稱量1+3+…+3n-1即(3n-1-1)/2的質量。在三進製中的1對應著乙個砝碼,三進製中的2對應著(10)3-(01)3,也就是在兩個秤盤上分別放上(10)3和(01)3這麼多質量的秤砣。

二、稱出假珍珠

稱出假珍珠一般有三類問題。1.已知真珍珠比假珍珠重些,或者輕些。2.不知道真珍珠比假的請還是重,但是又一代真珍珠(足夠多)的砝碼。3.不知道假珍珠輕重,也沒有真砝碼。

1.      已知真珍珠比假珍珠重些,或者輕些。

對於這樣的問題,稱n次,最多能在3n顆珍珠中鑑定。

(10000000000000000000000000)3對於這樣的情況,每一次稱量都會使得位數降一,最後到倒數第二位的時候,再稱量一次,根據已知條件就可以得出結論。

2.      不知道真珍珠比假的請還是重,但是又一代真珍珠(足夠多)的砝碼。

稱量n次,能夠在(1+3n)/2顆珍珠中。稱量出假的。

在知道輕重的情況下,n次稱量最多3n顆珍珠,因為現在不知道輕重,因此需要一次來判斷是輕還是重,因此總的稱量量就約莫減半,但是還是會有細小的差別。

(111111111111112)3在這種情況中,每一次都是取出最高位的(10000)3來和標準的珍珠進行比對,如果重量不一樣,那麼直接在這之間找假的,如果一樣,那麼就在剩下的之中找。

對於同樣稱量n次,這種情況比知道輕重位數要少1位。

3.      不知道假珍珠輕重,也沒有真砝碼。

稱量n次,能夠在3n-2+3n-2+(1+3n-1)/2顆中鑑定出假的。

也就是類似於(10111111111112)3這種形式。比如(101112)3分成(10000)3,(10000)3,(11112)3這樣的三個數。首先是前兩項進行比較,如果質量相等,那麼就在第三部分中含有假珍珠。這時候劃歸成第二個模型。如果質量不相等,那麼再通過一次比較,也就知道了是重的含有假珍珠還是輕的含有假珍珠,劃歸成第乙個模型。

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