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一、数独的起源和发展

数独(Sudoku)是一种运用纸、笔进行演算的逻辑游戏。玩家需要根据9×9盘面上的已知数字,推理出所有剩余空格的数字,并满足每一行、每一列、每一个粗线宫(3×3)内的数字均含1-9,不重复。所以又称“九宫格”。

一般认为,数独游戏起源于欧拉等人研究的拉丁方块(一种和幻方很相似的数字游戏,每一行、每一列均含1-N,不重复,其中N叫做阶数)。

上世纪80年代,数独在欧美、日本发扬光大。“数独”一词便来自日文,其中“su”是数字的意思,“doku”是单一的意思。它是目前全日本最流行的益智游戏,超过一百万人成为数独玩家。英国《泰晤士报》的销量更因为刊登“数独”而打破销售记录。

我国在90年代就有部分的益智类书籍开始刊登数独题。年,随着韦恩·古德编著、南海出版社出版的《数独1-2》进入市场,数独正式登陆中国。随后,《新民晚报》、《东方早报》、《北京晚报》、《扬子晚报》、《羊城晚报》等媒体也先后刊登了数独游戏。年,随着数独进入部分中小学,上海、北京等城市相继举行了中小学数独比赛。

经过四十年左右的发展,数独已经风靡全球,每年都有世界级的比赛。比如世界数独锦标赛,从年至今,已经举办了12届。其中年第八届世界数独锦标赛在中国北京举行。

在形式上,除了标准数独以外,数独爱好者发明了各种各样的变形数独。比较常见的有对角线数独、无缘数独、连续数独、杀手数独、聪明格等。

年,世界智力谜题联合会理事会作出决议:将每年的9月9日定为世界数独日。

二、数独的技巧

标准数独的基础解法包括宫内排除法、行列排除法和唯一余数法,它们可以解决80%的问题。进阶的解法则包括区块排除法、数对法等等。而其本质则离不开逻辑推理。

下面简单举几个例子说明:

1.宫内排除法

(1)

(2)

在图(1)中,我们把视角放在第一宫,可以发现,上面的两行不能放1,又由于第3行只有一个空白格子,所以1只能填在问号处。

同理易得,图(2)中的问号处也填1。

2.行列排除法

如图,注意力放在第2行,一共有两个空白格子,由于第二个格子不能是7(这里提供一种动态思维:将图中的7“向上扫”,扫过的区域都不能填7),因此只能第一个是7。

3.唯一余数法

还是这张图,这次我们观察第二行的第二个空白格子,这个格子所在的行和列已经包含了,只剩下唯一剩余数6可以填了,继而问号处也出来了。

4.区块排除法

依然是这道题,只不过改编了一下。现在,你知道问号处填什么吗?没错也是填7。因为第五宫的右边形成了一个7的区块,这个区块向上(宽度为1的方向)排除即可。

5.数对法

如图,在第一宫里,第一行和第一列都不能填4和5,因此剩下的两个空白格子就是4和5的数对。再看1,发现第一行和第三行都不能填1,再加上刚才的两个空白格子不能填1,因此1只能填在问号处。

三、数独中的数学

数独涉及到非常多的数学理论,包括组合数学、逻辑学、群论、图论以及编程理论等等。

下面讲两个跟数独有关的数学问题,如果对此感兴趣,可以进一步阅读《数独了不起:全世界最流行的填字游戏背后的数学》一书。

1.数独中的数字排列千变万化,因此第一个问题便是那么究竟有多少种终盘的数字组合呢?

经计算,共有(约6.67×)种组合,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,也有种组合。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。

2.自数独发明以来,有一个问题一直困扰着数学家们:数独游戏至少只需要给出多少个数?

年,三位爱尔兰数学家用计算机证明了数独至少需要17个初始数字才有唯一解。值得注意的是,就算超过17个,也未必就一定有唯一解。

事实上,要确保有唯一解,至少需要81-4+1=78个数,这是因为如果只有77个数,可能存在最后4个数字轮换造成两解的情况,比如:

也可以换成

使终盘依然成立。

数独,一个看似简单的数字游戏,背后竟隐含着这么多数学知识,仿佛在告诉我们:“学数学并不孤独”。

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