初级课堂(3)|数独比你还优美,还有个性!

难度划分

影响数独难度的因素很多,就题目本身而言,包括最高难度的技巧、各种技巧所用次数、是否有隐藏及隐藏的深度及广度的技巧组合、当前盘面可逻辑推导出的出数个数等等。对于玩家而言,了解的技巧数量、熟练程度、观察力自然也影响对一道题的难度判断。市面上数独刊物良莠不齐,在书籍、报纸、杂志中所列的难度或者大众解题时间纯属参考,常有难度错置的情况出现,所以不必特别在意。网络上有很多数独难度的分析软件,比较著名的是 Nicolas Juillerat 开发的Sudoku Explainer和 Bernhard Hobiger 开发的Hodoku,它们都是免费的软件。因为每种软件的都有不同的解题策略,所以也只能作为难度的大致界定,无法真正的解析出难度的内涵。

如果一道题目的提示数少,那么题目就会相对难,提示数多则会简单,这是一般人判断难易的思维模式,但数独谜题提示数的多寡与难易并无绝对关系,多提示数比少提示数难的情况屡见不鲜,同时也存在增加提示数之后题目反而变难的情形,即使是相同提示数(甚或相同谜题图形)也可以变化出各式各样的难度。提示数少对于出题的困难度则有比较直接的关系,以20-35提示数而言,每少一个提示数,其出题难度会增加数倍,在制作谜题时,提示数在22以下就非常困难,所以常见的数独题其提示数在23~30之间,其原因在于制作比较不困难,可以设计出比较漂亮的图形(Pattern),另外这个提示数范围的谜题变化多端是一个重要因素。

终盘数量

数独中的数字排列千变万化,那么究竟有多少种终盘的数字组合呢?

6,670,903,752,021,072,936,960(约为6.67×10的21次方)种组合,2005年由Bertram Felgenhauer和Frazer Jarvis计算出该数字,并将计算方法发布在他们网站上,如果将等价终盘(如旋转、翻转、行行对换,数字对换等变形)不计算,则有5,472,730,538个组合。数独终盘的组合数量都如此惊人,那么数独题目数量就更加不计其数了,因为每个数独终盘又可以制作出无数道合格的数独题目。

标准数独

目前(截止2011年)发现的最少提示数9×9标准数独为17个提示,截止2011年11月24日16:14,共发现了非等价17提示数谜题49151题,此数量仍在缓慢上升中,如果你先发现了17提示数的题目,可以上传至“17格数独验证”网站,当然你也可以在这里下载这49151题。

关于是否有16提示数的合格题目,网络上也争论很久,有发现16提示数双解的,但是仍未发现唯一解。国外有网友给出了关于为什么至少需要17提示的证明,受到了大家的质疑,比如9×9对角线数独(在标准数独规则基础上,两条大对角线的数字不重复)的最小提示数为12,按照他的理论则需要更多的提示数。

另外在2006年Gary McGuire撰写了程式,试图通过暴力法来证明16提示数的数独是否存在,方法很简单,既然Bertram Felgenhauer和Frazer Jarvis已经计算出不等价的终盘总数为5,472,730,538个,那么将每个终盘是16提示的情况都跑一遍,如果没有找到16提示的数独,那么就可以证明最少提示数为17个。但因为是暴力方法,对于一台单核的电脑来说需要跑30万年才能跑出结果。台湾的吴毅成教授和他的团队将Gary McGuire的程式加以改进,使得效率大幅提升,大约2417年即可完成演算。并放在BOINC(伯克利开放式网络计算平台)上让世界加入BOINC的电脑一同演算,令人欣喜的是,截至编辑2012年4月18日已经完成了51.73%。

Gary McGuire的团队在2009年设计了新的算法,利用Deadly Pattern的思路,花费710万小时CPU时间后,于2012年1月1日提出了9×9标准数独不存在16提示唯一解的证明,继而说明最少需要17个提示数。并将他们的论文以及源代码更新在2009年的页面上。

变形数独

数独到如今发展,出现了越来越多的变形(Variants),按照规则划分则成百上千,各国的数独爱好者也不断制作出新的变形。下面列出最常见的三种变形:

对角线数独(Diagonal Sudoku、Sudoku-X):

在标准数独规则基础上,两条大对角线的数字不重复。


迷你数独(Mini Sudoku):

每个谜题都由一个在不同位置给与提示数字的4x4或6x6网格组成。游戏的目的是将空方格填上数字1到4(对于4x4大小的谜题)或者1到6(对于6x6的谜题),使得每一行,每一列以及每一个宫都没有重复的数字出现。[2]


Maga数独(Maga Sudoku):

每个谜题都由一个在不同位置给与提示数字的12x12或16x16的网格组成。游戏的目的是将空方格填上数字1到12(对于12x12的谜题)或者1到16(对于16x16的谜题),使得每一行,每一列以及每一个宫都没有重复的数字出现。[2]


锯齿数独(Jigsaw Sudoku):

相对标准数独而言,宫变成了不规则的。玩家需在对应的锯齿方框内填入不重复的九个数或N个数,并保证横纵也不重复。


连体数独(Multi Sudoku):

每个谜题都由俩个或者更多的数独网格重叠组成,该网格可能是标准数独谜题也可能是混合类型的数独谜题,这些网格都有一个或多个宫重叠。游戏的目的是通过其规则将每个网格均解出。温馨提示,重叠的区域必须同时满足其所在网格的规则。[2]


杀手数独(Killer Sudoku、Sum Sudoku):

在标准数独规则的基础上,每个虚线框左上角的数字表示虚线框内所有数字之和,每个虚线框内数字无重复。


同时这3种基本变型也作为其他变形数独的雏形慢慢延伸开来,比如对角线数独引发了额外区域等,锯齿数独打破了宫是方方正正的定式,杀手数独更是引发了更多计算类的数独。[2]

出题方法


挖洞法

从有到无的出题方法。先生成一个终盘,然后挖去部分数字形成一道题目。

填数法

从有到无的出题方法。在一个空盘面上填上部分数字形成一道题目。值得一提的是,2007年日本NPGenerator软件的网站提出了一种边推理边出题的出题法,可以手工打造出漂亮图案的数独题目,有兴趣出题的可以试试。

类似谜题


谜题(Puzzle):排除文化差异对做题者的影响,只用数字和图形表示的逻辑推理游戏。数独是谜题中的一个成员,由于其规则简单、种类众多从而从众多谜题脱颖而出,成为大众熟知的数字谜题。

不过除了数独以外,还有不少谜题也非常出色,也有众多的拥护者,而且与数独有千丝万缕的关系。数独爱好者同样不能错过这些优秀的逻辑推理游戏。下面简单介绍几类谜题:

数和(Kakuro):与杀手数独很像的一类谜题,规则要求同行、同列(同一段)数字不能重复,且每段数字之和等于左边和上边的提示数字。

数图(Nonograms/Griddlers):根据盘面周围的数字提示,把盘中涂成符合条件的图案,很像“十字绣”。

数回(Slither Link):游戏由0,1,2,3四个数字组成。每一个数字,代表四周划线的数目,并在最后成为一个不间断、不分岔的回路。

数墙(Nurikabe):数墙的世界,是一个非黑即白的二元世界;在游戏中,你要决定的是,哪些格子需要涂黑,哪一些应该留白。

数连(Number Link):与数独一样,数连是一个简单明快的游戏。你只需要把属于相同数字的同伴,以线连接起来。不过,这个游戏看起来非常简单,实际上是很有深度的。

算独(Kenken)游戏的目的是将数字1到N(N为网格的行列数)填满空格,使得每一行,每一列的数字不重复,并且每一个粗线框左上角代表了该粗线框内数字的运算法则以及计算结果。算数数独的粗线框内,相同数字可能使用不止一次。[3]

数独破解工具

数独克星是一个在线的数独破解工具。 采用较优的算法,对数独进行求解。在求解过程中,可以进行人工干预。

数独计算器是一个特殊的数独解答工具,它试图提供人性化的数独解题方法,完全模拟人脑的思维过程解题,并且能一步一步的讲解每步的理由。

在你对数独难题一筹莫展的时候,该数独软件将为了提供帮助, 数独计算器是一个特殊的数独工具。我们希望数独计算器成为很好的使用逻辑方法解数独的工具,大家可以从数独助手的运行过程掌握更好的解数独题技巧,作为数独技巧教学的工具。

数独计算器可以进行一步一步计算、指定步数计算、一次性计算,对于每一步计算给出详细的说明。对于有多个解的数独题目,会给出提示,并可人工干预。对每一步计算生成步骤列表,可以回到任意步骤进行研究。

数独赛事

世界数独锦标赛:由世界智力谜题联合会组织的国际性最高水准数独赛事,该赛事每年举办一次,由不同的会员国轮流申请举办。首届于2006年在意大利的卢卡举办,第八届于2013年在北京举办[1]。每年由世智联在各国的唯一授权组织选拔国家队参加。

北京国际数独大奖赛:由北京广播电视台主办的一项国际数独赛事,该赛事奖金较高,也吸引了国际上众多高手踊跃参与,给国内高手提供了一个可以与国外高手同场竞技的平台。首届于2011年举办,第二届于2012年5月举办,目前国内参赛的选手均为以往进入过数独国家队或在国内选拔赛中名列前茅者。

中国数独锦标赛:由国内的世智联授权组织每年举办一次,目的是选拔出当年的数独高手组队参加一年一度的世界数独锦标赛。该比赛不设置门槛,无论新人还是老手均可参加。具体的时间和地点请关注官方的数独选拔赛通知。

经过两天紧张激烈的比赛,各项桂冠终有归属。中国队获得团体赛冠军,捷克、日本分获亚军、季军;中国队的三位中学生选手金策、孙彻然、邱言哲获18岁及18岁以下年龄组前三名;中国队梁跃获得50岁及50岁以上年龄组亚军,丹麦队和意大利队选手分获冠军和季军;金策还夺得个人赛冠军,日本的森西亨泰、捷克的雅库布分获亚军、季军。

据了解,随着数独这项智力运动在中国的不断普及,越来越多的青少年成为数独爱好者。此次中国数独代表队不仅是比赛中最年轻的国家队之一,年仅15岁的邱言哲也成为年龄最小的A队队长。别看他还是一名在校初中生,却有着丰富的比赛经验,2011、2012年他曾是世界数独锦标赛中国队选手,2013获得中国数独锦标赛第四名。

获得18岁及18岁以下年龄组、个人赛及团体赛三项冠军的中学生金策,可谓本届数独世锦赛的一匹黑马。来自浙江的他已与数独结缘4年,当一些同龄人沉溺于网络游戏时,他却利用网络寻找与他志同道合的数独伙伴。瘦高的个子,不善言语的他,虽然在陌生人面前有些羞涩,但却通过一个个小小的九宫格展现自信与智慧。

本届数独世锦赛决赛以电视直播的方式,在北京电视台新闻频道同步播出,这在世界上尚属首次。在没有任何经验可循的情况下,为保证不影响赛事进行,同时又能实时展现选手比赛进程,组委会设计了多套直播方案,多次推敲并到场演练,以演播室讲解加决赛现场的方式,清晰简练地为电视观众讲解数独题目。

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