伍麗青
在日常生活中,我們經常會遇到有關行程路線的問題。比如,郵遞員送信要穿遍所有的街道,為了少走冤枉路,需要選擇一條最短路線;看畫展時,我們會不自覺地尋求一條最佳路線,以求能不重復地觀摩畫作……這類路線問題總給人一種高深的感覺。然而,只要掌握正確的思路,你就能找到那條最佳路線。
優秀的郵遞員
年輕的杰克剛剛成為郵遞員,他信心滿滿,決心要成為世界上最優秀的郵遞員。郵遞員的工作有些枯燥:每人負責一個區域,需要把不同的郵包、信件送到不同的地址。于是,“怎么走才能不走冤枉路”就成了很大的難題。如果在同一個地方繞來繞去,不僅容易迷路,還很浪費時間和力氣。
今天,杰克要從郵局出發,走遍各街道后再回到郵局。
“昨天走了太多冤枉路,怎樣走才能使行程最短?能不能在不重復路線的情況下走完全程呢?”杰克背著郵包,拿著地圖思考著。
大家試著比畫就會發現,想要找到一條不重復的路線很難,你可能會懷疑不重復的路線是否存在。其實杰克的問題,數學家歐拉也遇到過。不過,他不是郵遞員,他只是想要搞清楚有沒有一次性、不重復經過七座橋的方法。
他將每塊陸地當作一個點,于是連接兩塊陸地的橋就變成了線段,從而得到這樣的圖:
經過一年的努力,他找到了答案。想要證明所有路程能否一次性走完,最重要的是找出奇點(連接的線段數目為奇數的點)的個數。很明顯,我們可以一筆畫成的圖中,最多只能有兩個奇點。如果起點和終點是同一個,那么就沒有奇點。
沒錯,杰克的地圖中有8個奇點,所以想要找出不重復的路線是不可能的。但即便如此,他還是可以退而求其次,找出重復最少的路線。他可以在8個奇點間添加4條連線,以此消除所有的奇點,畫出能從郵局出發最后返回郵局的一筆畫路線。在距離最近的2個奇點間添加連線,我們一共可以添加4條連線,這4條連線表示要重復的路,顯然,這樣重復走的路程最短。
來美術館看畢加索畫作吧!
拿到美術館的門票是件值得高興的事,但碰上黃金周或是人多的時候,在人流擁擠的展館里擠來擠去就很讓人討厭了。
最近,畢加索的畫作要在市里的美術館進行展覽,這是非常難得的展覽。大家都想趁這個機會好好與名作近距離接觸。正因為每個人都有這樣的想法,看畫之路也會變得寸步難行。聰明的露絲提前拿到了美術館的平面圖,她開始思考能不能不重復地經過美術館內的每一扇門,如果可以,要確定好從哪一個門進去。
怎么樣?圖形變形后,你發現什么了嗎?對啦,露絲把參觀路線問題轉變成一筆畫問題了!圖中只有A和D兩個奇點,它們分別是一筆畫中的起點和終點,所以最佳觀展路線就是從A或D展室開始走。也就是說,從哪個門進都可以。
維修工的競賽
有這么一座美麗、恢宏的玻璃建筑,它由上下兩座金字塔結構構成,卻不可思議地穩穩佇立在地上。
正是因為它美麗、脆弱,維修工人需要定期對它進行維修。有兩個維修工人正在維修這座建筑,亨利被鋼絲吊在B點,而羅恩在最底下的E點。非常有游戲精神的他們決定比賽,看誰能最快爬過每條棱,到達最高點D點。由于身上綁了安全裝置,兩人的速度都差不多。他倆的比賽要開始了,我們來預測一下誰是獲勝者吧!
告訴你一個秘密,如果你掌握了一筆畫知識,就能非常巧妙地判斷出誰是獲勝者了。比賽規則只要求爬過所有棱,沒說不能重復。他們的速度相同,如果其中有一個人能夠不重復地爬遍所有棱,而另一個人需要重復爬過某些棱,那么不重復的人爬的路程肯定比較短,自然能先到達D點,從而獲勝。
于是,問題就變為判斷從B點到D點與從E點到D點哪個是一筆畫的問題。我們先來數數這個立方體有多少個奇點吧。
數清楚了嗎?要公布答案了。它只有E和D兩個奇點,所以從E點到D點可以一筆畫出,而從B點到D點卻不能。也就是說位于E點的羅恩占據了有利位置,他只要不重復地爬遍所有棱,就會獲勝。