再把二维挂谷问题的解法说一下,很妙。类似汽车利用小空间掉头,针掉头扫过的空间面积

烨华聊商业 2025-02-28 20:23:26

再把二维挂谷问题的解法说一下,很妙。类似汽车利用小空间掉头,针掉头扫过的空间面积可以是任意小

1. 中国女学者王虹发论文解决三维挂谷问题,成为菲尔兹奖热门,挂谷问题也成了热门。二维问题的原始形式是,一根宽度为0长度为1的针,怎么在空间中平移旋转,掉头,让覆盖扫过的面积最小化。苏联学者贝西科维奇1928年证明了,二维平面针掉头需要的面积可以任意小!这是反直觉的,也说明了数学的奇妙。

2. 任意小,不是0。这是说,你给出一个很小的数,他就给出一个有限步数的掉头方案,最后计算针扫过的面积,小于你给的数。旋转总要覆盖一点面积,所以不是0。但可以任意小,已经非常惊人了。

3. 这里有两个大招,实现任意小。一个是“重复利用空间”,就像汽车掉头,进进出出反复拉扯,把中间的面积充分利用。这个针掉头,会旋转很多次,每一次都会有个小角度,角度之和是180度。乍一看面积之和不会小,但是,针的每次旋转可以“共用”同一块地方操作,只用一点点不共用的空间。

4. 如图一,左边转出一个圆,就没有共用旋转空间。图一右边,三角形旋轮线,三次旋转,中间共用了面积,所以扫过面积只有圆的一半。这就是共用的威力。

5. 第二个革命性大招,是N字型蛇皮游走,针平移了一段距离,但是扫过面积可以很小!图二,针在N左腿移动,扫过面积为0,再扫过一个小角度,再顺斜腿下来,再扫过同样的小角度,再N的右腿走,还是面积0。绝妙的主意是,只要腿够长,角度就可以任意小。也就是说,真可以不花面积代价,平移到任何要去的位置!

6. 有人说,这个相信,但是针是要转动掉头的,这平移角度没动啊?大招没用啊?哈哈哈,这就是牛逼的地方。平移虽然没转动,但是它可以帮助“接下来的转动动作”,挪到合适位置,让转动多用“共用面积”!这样,转了一点角度,只增加一点“新面积”,主要利用空间还是之前已经跑过的。

7. 最后的跑动方案就是图三类似的。针用N字型蛇皮游走跑很远调整位置,然后转动一下,利用中间的一点面积。最后效果是,跑过的空间是一个“树形”,由于可以跑非常远,长长的树枝几乎没有占用面积,远远小于人给的数值。而中间的“公共区域”,是用来旋转的。只要旋转时分的步数多,这个公共区域也可以很小。如果旋转-平移调整的数量足够多,每次旋转都很小角度,中间公共区域面积也可以小于人给的数值。最后,整个怪树面积就小于开始给定的很小的数。

8. 这里关键是针直线移动占用面积为0,所以可以创造奇迹。数学里很多靠无限细分弄出的奇迹。

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