小说里涉及的算法或数学理论


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    《数理仙途》这本小说,以数理模型/算法+修真为主要卖点之一,在小说里,将为大家呈现很多种算法或数学物理模型。当然,算法与数理模型的原理,在阅读小说时,本身大家无需要了解,但有兴趣的话,可以在边阅读小说边了解一下,也算是另一种形式的寓教于乐。



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    1.自然数的平方和。



    连续自然数的平方和,即f(N)=1*1+2*2+……+N*N。其结果f(N)=N*(N+1)*(2N+1)/6.



    这个结果,验证还是比较容易验证的,采用数学归纳法即可。



    但直接推导还是有些困难的,至少我自己想,费了半天时间没有推出来。



    具体的多种推导过程,大家可自行百度,在百度百科【平方和公式】里面,提供了好几种自然数平方和的计算方法



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    2.幻方的构造



    N阶幻方是将1~N*N个自然数不重不漏的放到一个N行N列的方阵里面,使得每行、每列、以及主对角线上数字之和相同,如最简单的,三阶幻方,中国称为洛书的,“戴九履一,左三右七,二四为肩,六八为足,以五居中”,也就是



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    高阶幻方的构造,通用的方法是采用两个正交拉丁方来进行构造,只要有两个相互正交的拉丁方,就非常容易可以得到幻方的,但正交拉丁方应该不是唯一理论,至少,六阶正交拉丁方是不存在的,但六阶幻方却存在。我只了解通过正交拉丁方来构造幻方的过程了,在文中也只提及这种。



    奇数阶幻方构造简单,非常容易就能拍得了,但偶数阶幻方构造很困难。



    从原理上说,正交拉丁方的构造,需要借助模N整数域,N为奇数时,模N整数群就是个域,而偶数阶则不然,如模8整数群,2*4=0MOD8,两个不是0的数相乘得到0了。这时该怎么办?引入虚数单位i,然后用i来构造不可约多项式。具体过程不再论述了。



    在组合数学这门数学课中,正交拉丁方的构造有详细论述。



    可参考《组合数学》机械工业出版社的这个,说的很详细,不过需要一定数学功底



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    3.称球问题----平衡三叉决策树



    网上流传的经典问题:



    问题1:有十二个外表相同的球,其中有一个坏球,它的重量和其它十一个有轻微的(但是可以测量出来的)差别。现在有一架没有砝码的很灵敏的天平,问至少几次才能找出那个坏球,并知道它比标准球重还是轻。



    问题2:9个球,其中8个球质量一样,一个球质量偏重,问至少称几次,能找出偏重的球?



    很多人应该见过这个题目,也曾经解过,不过如果不是相关专业的人,应该没有探究过原理吧?



    N次称量能称几个小球,M个小球几次称量能找出有问题的小球?



    理论与公式推导可参见这篇博客。



    原理篇:/s/blog_l



    公式篇:/s/blog_l



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    4.魔方还原问题



    对于魔方还原问题,大家了解的很可能比我多,我会还原魔方,不过我不会网上的边先法,我会的是角先法,是当年高中时我的一位同学告诉我的,不过只告诉了我一半,剩下的一半我自己补齐的,效率很低,五分钟才能还原回来。



    当年尝试用群的思想来分析魔方的,结果水平不行。有本用群论来分析魔方的书,我大学时尝试看过没看懂。百度了一下没找到,以后找到了再补充。



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    5.关联开关问题



    这个是一道经典的算法题,按一个开关会导致其他开关状态改变,要采用异或矩阵来作为工具进行求解。



    我做过这道题目,不过没有写博客啥的,在网上找一篇相关的文章吧



    /qq_33879506/article/details/53192909



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    问题与蚁群算法



    TSP问题是最经典的NPC问题之一,相关的研究很多。



    蚁群算法是一类群智能优化算法,文中将蚁群算法吹嘘到突破天际,其实不为过的,蚁群算法、粒子群算法、遗传算法、差分演化算法、分布估计算法,这一堆智能优化算法,统称演化算法。现代工程问题中面临的复杂的高维、多目标、多约束的问题,只能靠这类算法了。而且这类算法的普适性极高。



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    后续还会出现一些算法,等写到再补充了

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