Flip-Side探討
此Puzzle由Ferdinand Lammertink所設計,由ThinkFun發行。於2006年申請了美國專利。
相當於1到10的數字排列,只是分成上下兩排,所有的情況都會出現,所以共有10!= 3276800 種情況。
經由電腦的計算,所有的情況皆只要翻轉11次以內就可以完成。列表如下:
步數 |
狀況數 |
0 |
1 |
1 |
9 |
2 |
67 |
3 |
493 |
4 |
3469 |
5 |
23385 |
6 |
145212 |
7 |
714611 |
8 |
1579683 |
9 |
1075898 |
10 |
85968 |
11 |
4 |
Total |
3628800 |
若完成的狀態為0123456789的話,其中需要11步的四種狀況分別為:2785603914, 5846972301, 5806934127, 8967203514。
轉動方式很簡單,就是上排的連續三個數字,與下排的連續三個數字交換位置。
這類Puzzle若沒有一個系統的方法來解的話的確有點難,一般我們會利用commutator來設計解法,但因為每一排只有三個位置可以動,所以setting的過程很長,不好想,或是記憶有時會亂掉。而且上下排的組合,有9種情況,要整理一個簡單的解法,讓一般人讀的懂並不容易。
我們借助了電腦的幫忙,經過不段的嘗試,整理出了一個非常簡單的解法,單一公式即可。
公式代號很簡單,上下排都一樣,左邊三個置換是0,中間三個置換是1,右間三個置換為2。
例如:,即為20。
例如:,即為01。
三循環公式
示意圖 | 公式 | 說明 | |
A | 00/01/00/10 | 最右邊的4與9是不會動到的,也就是上下排皆只要四個空間就能做到三循環。 |
若不習慣公式代號,可以看下列的動作拆解,轉換成自己好記的形式。
底線就是接下來要翻轉的數字:
只要使用三循環的公式A,就可以把所有情況解決了。
下列舉一些三循環例子作為提示:
示意圖 | Setting | 變成 | |
B | 上排左移即可 | ||
C | 22/21 | ||
D | 00/02 | ||
E | 01 |
若剩下雙對調呢?用兩次三循環即可,請看下面圖解:
示意圖 | ||
F | = + | |
G | = + |
若遇到單對調怎麼辦呢?請看下面圖解。
示意圖 | ||
H | = + |
有沒有感覺很像數學上的相消呢?
的確,在代數中的一些論述,也都常常用到類似的原理。
感謝系上的碩士生陳秉君同學用寫程式,跑了不少的結果,才讓我整理出這套解法。
一般用上面的「理解型解法」就可以解出所有情況了,
但背了下面的公式,可以讓你更快解出來。
當然,我是覺得不須如此,建議參考即可。
哪兩個位置交換 | 最短公式 | 備註 | |
S01 | 01 | 00/01/22/10/20/00/02/00/20 | 共72種解法 |
S02 | 02 | 00/02/00/21/11/22/12/00/20 | 共有162種解法 |
S03 | 03 | 01/20/01/02/10/21/02 | |
S04 | 04 | 00/02/21/11/22/12/00/02/20 | |
S05 | 05 | 00/02/00/20/00/12/11/22/21 | |
S06 | 06 | 01/20/02/10/21/02/20 | |
S07 | 07 | 00/01/10/11/21/00/21/01/10 | |
S08 | 08 | 01/10/01/02/00/11/02 | |
S09 | 09 | 00/02/20/00/21/11/22/12/20 | |
S12 | 12 | 00/01/00/20/10/11/22/12/22 | |
S13 | 13 | 00/01/02/10/21/02/01/20/00 | |
S16 | 16 | 00/01/02/10/11/02/00/12/02 | |
S17 | 17 | 00/10/00/02/01/11/12 | |
S18 | 18 | 01/00/12/02/12/10/11 | |
S27 | 27 | 00/01/11/10/12/02/12 |
(註:所有單對調的情況就這15種,其他的都用這些的對稱、翻轉即可。)
另外三循環的,總共有32種,我想就不列出了,就用「理解型解法」中的綜循環公式變換即可。若真的有人想要這32種的表,再自行跟我索取。
最後給大家一個挑戰,若此遊戲改成4與9(最右邊的兩個)永遠不能動的話,會是如何呢?
這時會麻煩很多喔,最多需要20步才能全部復原。
步數 |
狀況數 |
0 |
1 |
1 |
4 |
2 |
11 |
3 |
30 |
4 |
77 |
5 |
180 |
6 |
373 |
7 |
696 |
8 |
1226 |
9 |
2042 |
10 |
3152 |
11 |
4452 |
12 |
5752 |
13 |
6760 |
14 |
6852 |
15 |
5318 |
16 |
2655 |
17 |
668 |
18 |
60 |
19 |
10 |
20 |
1 |
Total |
40320 |
其中需要20步的只有一種情況,就是「32107654」,也就是上下排順序都反過來的情況。
需要19步的10種,分別為:76543120, 76543201, 67543210, 76503214, 75643210, 76542310, 76453210, 37652104, 65407321, 36547210。