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老鼠喝药问题的解法
今天又遇见一个有趣问题,有趣就会分享。
和往常一样,当然是我自认为这个题目有意思,有研究的价值。题目如下:
“32瓶液体,1瓶有毒,老鼠喝了1小时死亡,用1小时确定至少30个瓶子无毒,至少需要多少老鼠。”
我的解法如下:
又是一个求最优解的问题。这个问题需要把一个老鼠能使用的信息用到极致,即能达到最优解。首先假设n个老鼠最多可以很明确地确定f(n)瓶液体中的那瓶毒药。
那么
1、对于这n个老鼠,每个老鼠各自喝一瓶液体,可以确定C(n,1)瓶液体中的唯一一瓶毒药。
2、在1所能确定的数目基础上,将n个老鼠两两组合后,每个组合各喝一瓶液体,则有C(n,2)种组合,可以多确定C(n,2)瓶液体。
3、在1、2所能确定的数目基础上,将n个老鼠三三组合后,每个组合各喝一瓶液体,则有C(n,3)种组合,可以多确定C(n,3)瓶液体。
……
n、在[1,n-1]所能确定的数目基础上,所有n个老鼠喝一瓶液体,则有C(n,n)种组合,可以多确定C(n,n)瓶液体。
那么,f(n) = C(n,1) + C(n,2) + ...... + C(n,n) = 2^n;
已知,f(n) = 32, 解得n = 5。
也就是说,最少5只老鼠可以确定32瓶液体中,哪一瓶是毒药。(注意,这里是明确确定了毒药所在)
但问题要求的仅仅是:”至少30个瓶子无毒“。
对于这个问题,并按照上面的解法,仅仅需要4只老鼠即可。并按照上面的过程,给出具体过程如下:
4只老鼠一字排开 并且把32瓶液体,两两绑定在一起,则变成了16大瓶。
第1大瓶液体, 二进制0001 ,给第1个老鼠喝 (4个老鼠,对应4个位置,给对应位置为1的老鼠喝)
第2大瓶液体,二进制0010 给第2个老鼠喝
第3大瓶液体,二进制0011 给第1、2个老鼠喝
......
第15大瓶液体,二进制1111 给第1、2、3、4个老鼠喝
第16大瓶液体(可以理解成第0瓶液体,对应于二进制 0000),不给任何老鼠喝。
一个小时后,如果有老鼠死了,则把对应的位置填1,没死则填0,这样可以在一小时后,得出一个二进制数值,这个二进制数值,可以一一对应于上面的方式,找到对应的液体。
例如,第1、2个老鼠死了,3、4号老鼠没死。得到二进制数为 0011,对应第3大瓶液体有毒。这样确定了其它30瓶液体是无毒的,完成目标。
再如:没有任何老鼠死亡,得到二进制数 0000,即第16大瓶液体有毒。剩下其它的30瓶液体无毒,完成目标。
这个题和上一篇《丢鸡蛋问题的解法》一样,都是用了数学思维对题目进行分析、并在先得到最终答案后,反推出具体解题过程。分享的并不仅仅是某个具体问题的解法,而是想向各位说明一类问题的解题思路。
谢谢大家看到最后,本人水平有限,如有失误之处欢迎指点。本人邮箱 rongguozhen@foxmail.com