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数学专业学生的经典谜题数字版大受欢迎

Lights on for Lights Out
灯开灯灭 罗伯特·托伦斯'15展示了“纽约时报”的网页,以他的版本的旧电子游戏熄灯。托伦斯和他的父亲创造了一种算法来解决同样性质的更具挑战性的难题。9月16日,托伦斯在《纽约时报》的文字游戏博客上分享了他的策略。图片由真主安拉赫尔曼'15

威廉与玛丽学院的数学学生罗伯特·托伦斯正在解释一个有几十年历史的游戏,这个游戏每年仍在困扰着成千上万的人。

托伦斯15岁,和他的父亲,伦道夫-梅肯学院的加内特数学教授布鲁斯·托伦斯一起,创造了一个算法来解决更大、更有挑战性的电子游戏《熄灯》的数字版本,这款游戏是1995年由老虎玩具公司开发的。

《纽约时报》(New York Times)最近在该报的填字游戏博客Wordplay中发表了托伦斯的版本。文字游戏每周都有一个与数学相关的谜题,叫做“数字游戏”。

《纽约时报》还推出了“熄灯”的在线版本,让读者自己尝试,看看他们是否能想出托伦斯的解决方案。一周结束时,报纸发表了托伦斯的解决方案和解释。

熄灯是一款由开关网络组成的游戏,当开关打开或关闭时会影响相邻的开关。托伦斯解释说,他的谜题是基于广义的彼得森图。游戏由开关的内层和外层组成。玩家通过选择开关的模式来赢得游戏,这些开关将在最少的移动次数中关闭所有的灯。

在网上快速搜索了一下小型5x5版本的游戏策略,但托伦斯意识到没有人能证明更复杂版本的游戏的解决方案。在研究了5x5游戏的算法后,托伦斯和他的父亲发现了一种策略,似乎适用于任何游戏的初始设置,以及随着开关数量的增加而更复杂的版本。下一个挑战是证明他们的解决方案可以适用于更复杂的设置。

托伦斯说:“有时候在研究中,一个非常好的方法是发现对某事的直觉,相信它是真的,然后一旦你认为某事是真的,那么证明就容易多了。”

托伦斯和他的父亲想出了他们所谓的“进进出出”策略。对懂数学的人来说,他们是这样做的:把所有的光移到内环或外环上,重复这个过程四次,P(12,5)图上的每个可解的谜题都能解出来。托伦斯还注意到这个谜题适用于任何可解的P(2n, n)图,其中2n是Petersen图的顶点数,每个内圆或外圆都有n个顶点。

熄灯谜题对受过良好教育的观众来说也是一个挑战。《纽约时报》那篇文章的许多读者都被这个谜题弄糊涂了,但一位名叫“D-ferg”的评论者能够独立想出托伦斯的解决方案。

托伦斯进一步证明,如果你能解开这个谜题,你只需要点击已经亮着的灯就能解开。他把成功归功于自己花在玩游戏和尝试不同策略上的时间。

托伦斯说:“这种数学很棒的主要原因之一是,它在前端是如此容易理解,而在后面,它有一些漂亮的数学!”