飄天文學 > 萬能數據 >第一百零五章 魔方矩陣
    魔方矩陣,又稱幻方,縱橫圖。 !

    是指由1~n2共n2個數排列成的有相同的行數和列數,並在每行每列、對角線的和都相等的一個n階矩陣。

    在《射鵰》郭黃二人被裘千仞追到黑龍潭,躲進瑛姑的小屋。瑛姑出了一道題:數字1~9填到三行三列的表格,要求每行、每列、及兩條對角線的和都相等。這道題難倒了瑛姑十幾年,被黃蓉一下子答出來了。

    4 9 2

    3 5 7

    8 1 6

    這是一個最簡單的三階平面魔方矩陣。

    而今天老唐出的這道題,是更加高難度的五階魔方平面矩陣。

    運算難度,不知道三階魔方矩陣高了多少。

    不過,魔方矩陣既然被數學家們定義出來,那自然有一套起獨特的運算規律。

    根據n的數值,可以分爲三種情況。

    當n爲數,當n爲4的倍數,當n爲其他偶數!

    老唐這道題是求5階平面魔方,很顯然,可以套用n爲數的運算規律。

    程諾在腦海裏默默回憶起當n爲數時平面魔方的填寫規律。

    “當 n 爲數時

    1將1放在第一行間一列;

    2從2開始直到nxn止各數依次按下列規則存放:

    按 45°方向行走,如向右

    每一個數存放的行前一個數的行數減1,列數減1

    3如果行列範圍超出矩陣範圍,則迴繞。

    例如1在第1行,則2應放在最下一行,列數同樣減1;

    4如果按面規則確定的位置已有數,或一個數是第1行第n列時,

    則把下一個數放在一個數的下面。”(注1)

    “所以說,正確的答案應該是……”

    程諾在自己的腦海裏構建宮格模型。很快,便將25個數字填入其。

    唰唰唰唰~~

    在同學們眼,只見程諾沒有任何的猶豫,拿着粉筆在黑板筆走龍蛇,粉屑飛揚。間沒有任何停頓,一氣呵成!

    舉手擡足間,透露着無強大的自信。

    “好了,老師,我填完了。”程諾轉身,將粉筆頭扔在講桌,微笑着對老唐說道。

    “好,我看一下,你填的對不對?”老唐抱着一種好心,看向黑板已經被填滿的宮格。

    15 8 1 24 17

    16 14 7 5 23

    22 20 13 6 4

    3 21 19 12 10

    9 2 25 18 11

    全部正確!!

    25個數字的位置,和正確答案如出一轍。

    每一行,每一列,每一條對角線的和,都是65!~

    老唐驚訝的看了神色如常的程諾一眼。然後在全班同學滿含期待的目光下宣佈,“程諾同學的答案……是正確的!”

    譁~~

    全班同學盡皆譁然。

    果然啊,程諾這個傢伙,還是一如既往的強悍呀!

    不過,實在是不過。

    他們和程諾的大腦配置,簡直不在一個水平層面。

    學霸,是隻配被學渣所仰望的存在!

    老唐望着程諾說道,“既然程諾同學是第一個把這道題目解出來的同學,那麼我那份‘特殊’獎勵歸程諾同學所有了。程諾,你能不能給大家講一下你是通過何種方法把這題解出來的?”

    “沒問題。”程諾點頭,轉身指着那道題道,“其實這道題很簡單的。”

    這道題……很簡單?

    好吧,你是學霸,你說了算。

    全班同學翻翻白眼。

    程諾聳聳肩,神色如常的繼續講道。“在講這道題之前,我先要給大家講一個模型,叫做魔方矩陣!”

    爲什麼程諾能知道魔方矩陣這個東西?

    按理說,高方面,不會涉及這方面的知識。

    但程諾是誰?他可是學霸!

    學霸的一大特徵是,永遠不會滿足只學習課內那點知識!

    還記得程諾從書店買回的那一大堆關於世界數學難題的書嗎?其一個難題的推理過程,用到了這個魔方矩陣。程諾順便將它記下來了。

    程諾站在講臺,將魔方矩陣的三種解法都講了一遍。

    “聽了這個定理之後,大家是不是覺得這道題簡單了許多。首先,第一行間那個數字肯定是1,數字2的位置……”

    講臺下同學們聽得頭暈目眩,不明覺厲,程諾倒是在講臺講的津津有味。

    “好了,我想說的是這些,謝謝大家!”說完,程諾走下講臺。

    啪啪啪~~

    全班同學下意識的鼓掌。

    老唐同志待程諾走下講臺後,站在講桌前一臉尷尬。

    妹的!把我想要講的都講完了,讓我講啥?!

    本來,老唐同志想利用這個題目引出魔方矩陣,在高考前發散一下學生的思維。

    可現在……

    呃……好吧,程諾把魔方矩陣講的我還詳細,那我這個當老師的還是不獻醜了吧。

    “好了。同學們,我們拿出周發的那套衡水真題,我們講一下那套試卷。”老唐尷尬的咳嗽了一下,也不問同學們有沒有聽懂了,急忙轉移話題道。

    “哇,穆冷,程諾果然厲害呢。這樣的題都會!”蘇小小的明亮的眼裏充滿了小星星。

    穆冷的嘴角微微揚,“這纔是那個……桀驁的他啊!”

    …………

    “好了,下課。穆冷,程諾,你們兩個跟我來一趟辦公室。”

    伴隨着下課鈴聲,老唐剛好把最後一道題講完。

    程諾和穆冷對視一眼,皆是一頭霧水,不知道老唐找自己有什麼事,不過還是老老實實的跟着老唐走到辦公室。

    下樓梯的時候,程諾湊到穆冷身邊,語氣略帶擔憂的小聲說道,“冷姐,你說是不是我們兩個談戀愛的事被老唐發現了?”

    穆冷淡淡的瞥了程諾一眼,一字一頓的開口:“你-說-呢!”

    程諾縮了縮脖子,一臉訕訕,“開玩笑,開玩笑。”

    “不過,冷姐,我們兩個的事你真的不再考慮考慮嗎?你看,你是學霸,我也是學霸,學霸配學霸,我們兩個可謂是門當戶對。生出來的孩子也一定是學霸!”程諾握緊雙拳說道。

    穆冷抿了抿嘴脣,模棱兩可的說道,“高考後,我們在談論這個問題吧。”

    “好,我等你。”程諾淡淡一笑。

    ………………

    注1:魔方矩陣另外兩種情況的算法。(正字數已達2000字,這不是水字數,這是爲了幫助大家學會這道題!!請大家理解作者的良苦用心。)

    (2)當n爲4的倍數時

    採用對稱元素交換法。

    首先把數1到nxn按從至下,從左到右順序填入矩陣

    然後將方陣的所有4x4子方陣的兩對角線的數關於大方陣心作心對稱交換(注意是各各子矩陣對角線面的數),即a(i,j)與a(n+1-i,n+1-j)交換,所有其它位置的數不變。(或者將對角線不變,其它位置對稱交換也可)

    (3)當n 爲其它偶數時

    當n爲非4倍數的偶數(即4n+2形)時:首先把大方陣分解爲4個數(2m+1階)子方陣。

    按述數階魔方給分解的4個子方陣對應賦值

    左子陣最小(i),下右子陣次小(i+v),下左子陣最大(i+3v),右子陣次大(i+2v)

    即4個子方陣對應元素相差v,其v=n*n/4

    四個子矩陣由小到大排列方式爲1342

    然後作相應的元素交換:a(i,j)與a(i+u,j)在同一列做對應交換(jn-t+1),

    注意其j可以去零。其u=n/2,t=(n+2)/4 述交換使每行每列與兩對角線元素之和相等。

    …………

    ps:解題步驟我已經詳細到這種程度了。如果你們再不會……我也沒辦法了。

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