Re: [問題] 工具人悲歌-裝填電池問題

作者: DreamYeh (天使)   2023-12-04 21:25:16
※ 引述《DreamYeh (天使)》之銘言:
: 你要測試電池是否好的,只有一個辦法,就是把電池裝
: 入手電筒內(一次要裝兩顆),開啟手電筒,只有兩顆
: 電池都是好的才能使手電筒亮。
: 然而在黑暗之中,把電池裝入手電筒、並打開是很耗時
: 的。你評估一下正妹的怒氣值.....
: 你只能裝七次,裝電池(並打開手電筒)到第七次,都
: 沒成功,女生就會失去耐心地賞你一巴掌離去。
: 請問你要採取什麼策略?(想到七次就想看有沒有六次
: 解或證明無法更簡單)
: 挑戰題:2N個電池、N個是好的,則你需要最少幾次?
給一下這一題的預設答案:
將八顆電池,以三個為一組分組,假設為 A B C,
其中AB有三顆電池,C有兩顆。
挑A這一組,三顆電池,任選兩顆輪流測試,如此共會
測試三次。共三次。
若都沒有亮,挑B這一組,同樣三顆電池,任選兩顆輪
流測試,如此共會測試三次。共六次。
若仍然都沒有亮,則挑C這一組,也就是第七次測試,
必亮。
解析:
當A這一組怎麼樣都沒亮時,則可能A這一組包含兩個
、或三個壞電池。
如果A包含三個壞電池,B最多含一個壞電池,則B這
一組三顆彼此測試,必定能亮。
如果A、B都進行「三顆輪流測試」,都是不亮,必定
是能是A、B都含有兩個壞電池。。
此時,C只能是兩個好電池,測C組必亮。
挑戰題:
若有2N個電池,內有N個好電池,則最佳策略為N+3次可測得。
方法是
四顆電池,則需測滿四取二的所有組合
六顆電池或以上。則
1.三個為一組為A、三個為一組為B,其餘兩個兩個為一組
2.A組內任選兩個進行交互測試,若亮則結束測試。如此三次組內測完
3.B組內任選兩個進行交互測試,若亮則結束測試。如此三次組內測完
4.第三組開始,兩個為一組進行測試,若亮則結束測試,
不亮則繼續下一組
5.如此測試到亮為止
6顆電池,最多測 3 + 3 = 6次
8顆電池,最多測 3+3+1 = 7次
10顆電池,最多測 3+3+2 = 8次 ......以此類推
證明:
由於聽眾是國中生,因此盡可能不用圖論,雖然其實也是講圖論那一套....
case 1.六顆電池情況
無論用什麼策略,我們嘗試將「彼此之間不互相測試的集合」進行分組。
例如策略為:
先測試其中兩顆電池(標為AB)
再將剩下四顆電池彼此拿來測試一次(CDEF)
後面測試AB都不參與CDEF這組別測試,則將
AB列為第一組 CDEF列為第二組
那這樣,是否允許有第三組呢?
答案是不允許的。因為假如有三組(至少含一個),彼此互相不進行測試。
則好的電池若剛好是三組內各有一顆,根據定義,不可能測到,此策略失敗。
那如果只有一組,組內所有電池都彼此參與測試呢?
則該組含有六顆電池,最少的測試策略為
A-B-C-D-E (即A、B相測試,B、C相測試....、F可跟BCDE接)
無論F跟誰接都一樣,這樣至少有五次測試。
但這種情況,若A、C、E剛好為好的電池,則此策略將不能測到
若需考慮,則必定需要增加測試狀況,也就是六次以上
(雖然我們其實知道只有一組、六次測試也是不行,但不需用到此)
那如果有兩組呢?考慮一組至少有兩個電池,
那可能為 4 - 2 或 3-3
在4-2這一種分組狀況,若四個電池那包,有兩顆以上電池未彼此
測試(圖形上畫四顆為成長方形、另兩顆彼此相連)
則挑選該兩顆,與兩顆一組的電池選一顆,假如這三顆都是好的電
池,此種策略無法挑出該狀況
最後,如果是三個-三個 分兩組測試。同樣,若其中有一組,
有兩顆以上電池未彼此測試(圖形上畫三顆排成一列)
則選該兩顆、另外一組任選一顆,可發現此策略依舊會無法挑選出。
因此只有分兩組、每組三顆電池
每一組都是「三顆之間彼此測試」,才能保證所有情況都能測出
case 2.6+2顆電池情況
證明六顆電池,必須測六次後,後面反而好證明了。
當我們加入「一好一壞的兩顆電池」
則非常顯然,無論什麼策略,該兩顆電池都必須參與測試,
也就是少也要多測一次,因此
6顆電池,最多測 3 + 3 = 6次
8顆電池,最多測 3+3+1 = 7次
後面就用數學歸納法,就能完成證明了
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說明:打起來很複雜,實際上畫圖說明能使對方更好理解。
若有能幫助人理解的更好方式,歡迎打出
至於實際把妹........
機會只有一次,請不要把用過電池與一般電池混淆!
作者: arthurduh1 (arthurduh1)   2023-12-04 22:17:00
> 無論什麼策略,該兩顆電池都必須參與測試但是是存在策略讓特定兩顆(或更多)電池不參與測試的因為好電池有很多當然這不會是最佳解,但要說明並不是那麼直接的
作者: DreamYeh (天使)   2023-12-04 22:46:00
對 可不參與但該解一定不是最佳解 好難說明XD"但要講解independent number就要講整個體系

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