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一位动漫迷在4chan上提问,网友如何用最少集数看遍《凉宫春日的意外忧郁》所有排列顺序,竟引出一场数学冒险,破解揭开超排列难题的数学新解。想象一下,难题你是网友个动漫迷,迷上了《凉宫春日的意外忧郁》第一季的14集。这部剧设计得很有趣,破解集与集之间可以随便换顺序观看。数学于是难题,你突发奇想:要把所有可能的网友排列看一遍,最少得坐下来看多少集?意外这个问题看似简单,却在2011年的破解4chan论坛上,点燃了一场意想不到的数学数学冒险。那一年,难题一个匿名用户在4chan上抛出了这个疑问。虽然这个论坛后来因极端内容声名狼藉,但那次讨论却像埋在杂草丛中的珍珠。有人开始认真琢磨:14集能有多少种排列?要覆盖所有顺序,最短的“播放列表”得多长?其实,这正是数学里的“超排列”问题——一个让组合数学家挠头的难题。超排列是什么?举个例子,假设只有两集,标为1和2。你可以看1-2,也可以看2-1。要包含这两种顺序,最短的超排列是1-2-1,只需3集。换到3集,可能性变成3! = 6种,比如1-2-3、1-3-2、2-1-3等等。一个巧妙的序列是1-2-3-1-2-1-3-2-1,9集就够了。数学家还算出,4集和5集的最短超排列分别是33集和153集。可一旦集数超过5,比如14集,事情就没那么简单了。数学家们早就算出,4集和5集的最短超排列分别是33集和153集,可一旦超过5集,他们也只能摸黑前行。那个4chan用户的问题,恰好戳中了这个未解之谜。更神奇的是,在那场讨论里,一个匿名网友竟然提出了一个新思路。他写道:“我得发几帖解释,请帮我找找漏洞。”他一步步推导出估算,其他人接力讨论,气氛热烈。可惜,这场智慧的碰撞只在小圈子里流传,外界无人问津。这事儿还没完。超排列问题其实和“旅行推销员问题”有关,就像要找一条最短路线走遍所有城市。排列之间的“距离”由重叠决定,比如1-2-3和2-3-1能接成1-2-3-1,距离短;而1-2-3和2-1-3不重叠,距离长。集数一多,计算量暴增,连电脑都算不动。数学家常用1! + 2! + 3! + ... + n!来估算,比如n=5时是153集,但当的更大时,计算量爆炸式增长。尽管如此,那个4chan网友的估算还是让人眼前一亮。到了2013年,数学家Nathaniel Johnston偶然在粉丝网站上看到这段讨论。他不是动漫粉,只是搜超排列时误入此地。他在博客上随手一提,没想到五年后,这事儿才有了下文。2018年,数学家Robin Houston通过同事的博客发现了它。当时,他刚得知澳洲作家Greg Egan提出了超排列的最长公式:n! + (n – 1)! + (n – 2)! + (n – 3)! + n – 3。而那个4chan网友的估算,给出了最短范围:n! + (n – 1)! + (n – 2)! + n – 3。Houston在Twitter上惊叹:“一个动漫迷竟证明了超排列的最优下限,太不可思议了!”他和同事Jay Pantone、Vince Vatter把这个发现整理成论文,署名第一作者是“匿名4chan用户”。按这个公式,8集的《万花筒》至少要看46,085集,最多46,205集;14集的《凉宫春日》,则从93,884,313,611集到93,924,230,411集。每集24分钟,全部看完得花400万年。从动漫迷的随手一问,到破解数学难题,这场意外的旅程告诉我们:灵感有时就藏在最不起眼的地方。Egan还贴心地给了个算法,让《凉宫春日》的粉丝能规划观影顺序。可惜,400万年的马拉松,谁有耐心看完呢?
(责任编辑:探索)
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