2005年3月谜题解答

1. 这是一个只需要五次交换的解决方案,用于


9 8 7 1 4 3 5 6 2 (1,9): 2 8 7 1 4 3 5 6 9 (2,7): 2 5 7 1 4 3 8 6 9 (2,4): 2 1 7 5 4 3 8 6 9 (3,8): 2 1 6 5 4 3 8 7 9 (3,6): 2 1 3 5 4 6 8 7 9

2. 对于这个初始配置
3 5 6 7 8 1 9 2 4
六次交换就足够了。这是一个将其置于 1-away 配置的方法

3 5 6 7 8 1 9 2 4 (5,9): 3 5 6 7 4 1 9 2 8 (4 和 8 现在足够接近了。) (1,3): 6 5 3 7 4 1 9 2 8 (1,6): 1 5 3 7 4 6 9 2 8 (4、8、1、3 和 6 现在足够接近了) (2,4): 1 7 3 5 4 6 2 9 8 (7,8): 1 7 3 5 4 6 2 9 8 (2,7): 1 2 3 5 4 6 7 9 8 你能做得更好吗?


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3. 这是一个九个项目的非常糟糕的初始配置
8 9 1 2 3 4 5 6 7.

每个元素都与其正确位置相差两个位置。每次交换最多只能将一个雕塑移动到其正确位置。然而,一旦前七个雕塑就位,最后两个雕塑将只相差一个位置,因此七步是最坏的情况。

4. 全能启发式专家 Tom Rokicki 提出了以下精美的解决方案(我的同事 Richard Cole 和数学家 Ivan Rezanka 有类似的直觉)。

当目标是实现 d-away 配置时,一个最坏的初始配置是从有序配置开始进行 d+1 旋转。例如,当 d = 1 时,配置
8 9 1 2 3 4 5 6 7 是一个 2 旋转。相比之下,对 9 个元素进行 6 旋转(当目标是实现 5-away 配置时,用于最大化交换次数)会产生
4 5 6 7 8 9 1 2 3

Rokicki 观察到,将会有 n-(d+1) 个数字至少偏离了 d+1 个位置(在 6 旋转示例中为 1、2、3),所有数字都在同一方向上。每次交换只能将这些数字中的一个移动到其位置范围内。

实际上,按顺序将它们交换到位(对于此示例,将位置 7 的 1 与位置 1 的 4 交换,然后将位置 8 的 2 与位置 2 的 5 交换,依此类推)实际上是最佳解决方案。

事实上,无论从哪个初始配置开始,都可以先将 1 交换到位,然后是 2,然后是 3,依此类推,直到最大的 d+1 个雕塑。最后那些雕塑与其正确位置的距离不超过 d

5. 对于 n 个元素,有多少个 1-away 配置?

回顾一下似乎在许多数学领域中出现的斐波那契数列
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...
每个数字都是前两个数字的和,即 fib(k+2) = fib(k+1) + fib(k)。让我们通过它们在该列表中的位置来识别这些数字,因此 fib(0) = fib(1) = 1,fib(6) = 13(请记住我们从 0 开始),依此类推。

那么,n 个元素的 1-away 排列(包括完全排序的排列)的数量就是 fib(n)。

对于 n = 1,显然只有一个 (fib(1))。
对于 n = 2,有两个:1 2 和 2 1。
对于 n = 3,有三个:1 2 3;1 3 2;2 1 3
对于 n = 4,有五个:三个涉及 2 3 4,其中 1 固定;然后交换 1 和 2,并且有 3 和 4 的两种排列。

一般来说,对于长度为 n 且第一个雕塑就位的排列,有 fib(n-1) 个。如果第一个雕塑不在位,则它必须在位置 2,但这表示第二个雕塑必须在位置 1(没有其他元素可以在位置 1)。因此,这固定了前两个位置的乱序。现在,最后 n-2 个雕塑有 fib(n-2) 个排列。

最后一个结果最初是在以下写得很好的文章(法语)中发现的,您可以在网上找到
“Quelques resultats dans la metrique des permutations”,作者:Rene Lagrange,Annales scientifiques de l'E.N.S. 第三辑,第 79 卷,第 3 期,1962 年,第 199-241 页。
http://archive.numdam.org/article/ASENS_1962_3_79_3_199_0.pdf

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