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        關(guān)于十五子的游戲

        2008-06-06 11:04:22陳景潤
        關(guān)鍵詞:左移右移八號

        陳景潤

        在一張紙上畫一個正方形,并把它分成大小相同的十六個方格.再剪出十五個大小相同的正方形紙板,而這些正方形紙板的面積稍小于方格的面積.在這些小紙板上寫上1到15這十五個數(shù).這樣我們就可以玩十五個子游戲了.把這十五個紙板按任意的順序放到這十六個小方格中去(如圖1).由于每個小方格只能放一個,因而,有一個小方格是空著的.游戲規(guī)定:當(dāng)且僅當(dāng)紙板與空格相鄰時,這個紙板才能和空格相互調(diào)換位置,紙板與紙板之間不能調(diào)換位置.現(xiàn)在的問題是:能不能經(jīng)過有限次的移動把這十五個子的順序排成圖2的樣子?我們知道,把這十五個紙板按任意順序放到這十六個小方格中去的方法共有16 × 15 × … × 3 × 2 = 20 922 789 888 000種.若每一種都來試一下,那得花費多少時間呢?于是,我們只能多動腦筋,用心找出這個游戲的規(guī)律.

        我們不難看出,任一紙板都能經(jīng)過幾次和空格相互對換位置后,移到這十六個小方格中的任一指定的方格中.為了敘述方便,我們將這十六個小方格標(biāo)上號碼,如圖3所示.另外我們把十五個紙板分別稱為1,2,3,…,15.首先,我們可以把1移到一號位置上,然后,能否把2移到二號位置上呢?這也是可以做到的.若2在第一列,我們可以把它移出第一列,也可以把空格移出第一列,然后第一列不動,而在第二、三、四列中,仿前述方法把2移到二號位置上.1、2的位置確定后,我們不動它,用相同的方法還可以把3移到三號位置上去.這時如果空格不在四號位置上,要想不動1、2、3,而把4移到四號位置上去,卻一定不能夠做到了.因為在四號位置右邊和上邊都沒有方格,而左邊的3又不能動,故只有下邊的八號位置與它有聯(lián)系了.但我們總可以使第一行不動,而把4移到八號位置上,把空格移到十二號位置上,如圖4所示.在圖4中,我們?nèi)〕鋈?、四、七、八、十一、十二號位置的六個方格構(gòu)成圖5.為了方便起見,我們將這幾號位置中另外三個紙板上的數(shù)字分別用甲、乙、丙來代替.然后依次把4往下移,甲往下移,3往右移,乙往上移,如圖6.再把甲往左移,4往上移,丙往右移,就變成了圖7.在圖7中把甲往下移,乙往下移,3往左移,4往上移.此時3、4已分別在三、四號位置上了(如圖8).

        第一行排好后保持不動,按照安排第一行的方法,當(dāng)然能夠把5、6、7安排在五、六、七號位置上,把8安排在八號位置上.

        再來安排第三行與第四行時,就要使用不同的辦法了.我們不應(yīng)先排第三行,而應(yīng)先排第一列下面的兩個位置,即九號和十三號位置.這也不難做到,因為我們可以把第一列看成第一行,按照排第一行后面的兩個位置的辦法來安排第一列后面的兩個位置.9和13都已安排好后,按上述辦法,我們還能把10、14也安排到十號、十四號位置上,這時只剩下11、12、15這三塊紙板還沒有安排好.我們可以把11移到十一號位置上,剩下的12、15可能出現(xiàn)下列兩種情況:其一是12、15都恰好移到十二及十五號位置上,如圖9所示,這正是我們所要達(dá)到的目的;也可能出現(xiàn)第二種情況,如圖10所示.12排在十五號位置上,而15排在十二號位置上.因為圖11可經(jīng)過圖12、13、14變成圖15,于是我們知道任給一個初始狀態(tài),經(jīng)過上面的一系列移動后,可以變?yōu)閳D16與圖17兩種順序中的一種,我們稱圖16為正常排列,而稱圖17為奇異排列.應(yīng)該說,作為一種游戲,討論到此就算完了.但如果要問奇異排列能不能重新移動而變?yōu)檎E帕?,哪一種初始狀態(tài)能變?yōu)檎E帕?,哪一種初始狀態(tài)要變?yōu)槠娈惻帕?,那就不得不借助于較多的數(shù)學(xué)方法了.

        (未完待續(xù))

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