有趣的数学——迷宫

2016-11-27


一个偶然的机会看了西奥妮·帕帕斯(TheoniPappas)的《发现数学——原来数学这么有趣》【何竖芬译】一书,自己对数学有了新的认识。在自己从教二十多年的经历中,没多少同学感觉数学是有趣的,因此感觉自己有义务告诉同学们数学在我们的生活中无处不在,数学本就是人们生活体验的结晶。正如西奥妮·帕帕斯在序言中说道:

想要体验数学的乐趣,你需要认识到数学不是孤立的学科,它就存在于我们周围的事物中,因此,不要让自己埋头于烦琐的运算,劳心费神,没完没了。而且,很少有人抓住数学的真谛——它与我们的生活和周围环境是那样紧密地联系在一起,数学概念甚至与生俱来就存在于生命细胞的结构里。

本书通过描述数学在生活中的具体体现,旨在帮助你认识到数学与 世界是密不可分的。

数学的乐趣与你第一次发现其他新鲜事物是相似的,它几乎是小孩 子才有的一种好奇,而一旦体验到了,你就再也忘记不了——就如同你第一次透过显微镜观察到你以前所看不到的周围的事物一样,是那么地兴奋和快乐。

西奥妮·帕帕斯(TheoniPappas)是一位数学教师和顾问,1966年获伯克利加州大学学士学位,1967年获斯坦福大学硕士学位。她致力于消除数学中的神秘感以及与此有关的优越感和恐惧感。

有趣的数学——迷宫

今天,我们把迷宫当做一种娱乐性游戏,但在早些时候•,迷宫昭示着神秘、危险和迷惘。你很可能迷失在纵横交错的路径中,或遭遇潜伏在迷宫中的妖怪。在古代,人们建造迷宫通常是为了守卫要塞。人侵者在迷宫里绕来绕去地走很多弯路,这样就暴露了自己,而防御者就可以进行攻击。

经过许多世纪,在世界上的很多地方都出现过迷宫。

•爱尔兰的谷岩岩石雕刻,约公元前2000年。

•克里特岛弥诺斯人的迷宫,约公元前1600年。

•意大利的阿尔卑斯、庞培和斯堪的纳维亚。

•威尔士和英格兰的草坪迷宫。

•欧洲教堂底层的马赛克迷宫。

•非洲的纺织迷宫。

•亚利桑那州印第安纳霍皮人的岩石雕刻。

今天,心理学和计算机科学对迷宫尤其感兴趣。多年来,心理学家用迷宫来研究人类和动物的行为。在设计计算机机器人时,首先就考虑让它能够解迷宫,而后才进一步让它成为一个具备更高级学习能力的机器。

拓扑学是数学中的一个领域,它将迷宫的研究作为一个网络分支(通过图画来解决问题)。约尔当曲线通常被人们误解为迷宫。在拓扑学中,我们可以了解到,约尔当曲线是单闭合曲线,是一个向内或向外弯曲着, 却从不和自己交叉的圆。它有着里面和外面之分,这同圆是一样的,却与迷宫不同。因此,从里面到外面的唯一办法就是跨越曲线。

既然机器人可以解迷宫,那么编程的时候就需要考虑到这一点。

解迷宫的方法:

(1) 对于单个迷宫来说,你可以找到深色的障碍和死胡同,而剩下的路径就是出口,通向目的地。然后你要选择走最近的路。如果迷宫比较复杂,那么这个办法会让你很难走出迷宫。

(2) 走迷宫的时候一定要朝墙的一侧走(要么向右,要么向左)。

这个办法很简单,却不一定适用于所有的迷宫,除了

(a)该迷 宫有两个入口,中间由一条道路相连,而不是通向某个目的地;

(b) 迷宫中有路径环绕着目的地。

(3) 法国数学家M•特里矛克斯(M.Trdmaux)设想出一种通用的办法,可以用来解所有的迷宫。

步骤:

(a) —边走迷宫,一边靠右边画线。

(b) 无论走到哪个交叉处,只管选一条你喜欢的路走。

(c) 上了新路后,如果你走到了以前走过的交叉处或死胡同,那么你掉头走回去。

(d) 往回走,到了之前走过的交叉口重新选一条路走,如果有新路 的话,不然还是走老路。

(e) 千万不要再走两侧都有画线的路。

这个方法是万无一失,伹是可能得花点时间。

无论你走的迷宫是与实物一样大小,还是只需要手里拿支笔就行,它们都让人非常着迷,从中得到无数的乐趣。

这个迷宫是关于伦敦的,刊登在1908年4月的《斯特兰德杂志》上, 它的提示为:“一位行人要穿过滑铁卢大道,他的目的地是到达圣保罗大教堂, 但有几个街道在修建中,所以他想要避开这些障碍。”





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