Название: Как сдвинуть гору Фудзи - Уильям Паундстоун

Жанр: Литература

Рейтинг:

Просмотров: 1390

В коридоре три выключателя...

Это еще одна задача, которая кажется не имеющей решения. Если вы выключите все выключатели, то свет не будет гореть (и ваш поход в комнату вам ничего не скажет). Если же вы включите один из выключателей, вероятность того, что вы выбрали нужный, —один к трем. Если повезет, то свет будет гореть, и вы найдете нужный выключатель, но в двух из трех случаев свет гореть не будет, и у вас не будет возможности определить, какой из двух выключенных выключателей включает свет в комнате. Если вы включите два из трех выключателей или все три, то столкнетесь со сходными проблемами.

Если по-другому это сформулировать: для идентификации одного объекта из трех нужны два бита информации. Ваш единственный визит в комнату дает вам только один бит информации.

Если бы это были выключатели, которые не просто включают или выключают свет, но регулируют его интенсивность, задачу было бы легко решить. Вы бы один из них включили на полную мощность, второй выключили бы, а третий включили бына 50 процентов. Тогда состояние лампочки подсказало бы вам, какой из выключателей ее контролирует.

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

147

Это, конечно, было бы решением, но головоломка была бы неинтересной, если бы в ее условии упоминался такой важный факт. Тем не менее это «решение» привлекает внимание к важному обстоятельству: если бы существовал способ установить один из выключателей в «промежуточное положение», а не просто в положение «включено» или «выключено», это позволило бы решить задачу.

Вот решение: пронумеруйте выключатели 1, 2 и 3. Затем включите выключатели 1 и 2 и выключите выключатель номер 3. Подождите примерно десять минут. Затем выключите выключатель номер 1, включите выключатель номер 2 и немедленно отправляйтесь в комнату.

Если свет там горит, значит, его включает выключатель номер 2. Если свет не горит, но лампочка теплая, его контролирует выключатель номер 1. Если свет не горит и лампочка холодная, его контролирует выключатель 3.

Вы играете в игру только с одним другим игроком.

Стратегии подобных, игр обычно достаточно сложные: если они задают вам такой вопрос во время интервью для отбора кандидатов на работу, это значит, что стратегия должна быть простой. Интервьюер не стал бы спрашивать вас об оптимальной стратегии игры в шахматы.

Право первого хода обычно дает преимущество. Когда вы играете в крестики-нолики, вам выгодно поставить первый крестик в центральную клетку. Вам нужно задать себе вопрос: «Есть ли такой уникальный первый ход, который может дать мне стратегическое преимущество?»

В данном случае нет центральной клетки — есть бесконечное множество мест, куда вы можете положить свою первую монету. Предположим, вы решили положить ее в северо-западный угол стола на том основании, что это особая, если уже не уникальная позиция. Даст ли это вам стратегическое преимущество?

Трудно сказать. Очевидно, что в этой игре придется сделать много ходов (понадобится много монет, чтобы закрыть ими весь стол так тесно, чтобы нельзя было больше положить на него ни одной монеты, которая бы не касалось монет, уже находящихся на столе). Возможно, игрок, делающий, первый ход, может получить преимущество, которое он сможет сохранить в течение всей игры, а может быть, и нет.

Не похоже, что занятие северо-западного угла стола даст вам уникальное стратегическое преимущество. Это не игра в «Монополию», где Променад дает вам более высокий доход, чем любая другая собственность. В нашем случае один угол ничем не лучше, чем любой другой. В действительности, если бы занятие угла давало бы какое-то преимущество, ваш противник ответил бы вам тем же, положив свою первую монетку в один из оставшихся незанятым углов. Если углы так важны, то первые четыре хода должны быть сделаны именно в углы, но тогда каждый из вас будет контролировать по два угла и никто не получит преимущества. И что тогда? Снова ваш ход, можно ли говорить о каких-то существенных изменениях?

Какой бы вы ни сделали первый ход, похоже, что ваш оппонент сможет его эффективно дублировать. Все, что ему (или ей) нужно сделать, это положить свою монетку в позицию, зеркально симметричную по отношению к вашему предыдущему ходу. Если вы сделали ход в северо-западный угол, оппонент займет юго-восточный угол и т. д.

Стоп! Есть только одно исключение — ход, который ваш оппонент не сможет дублировать. Этот ход — положить вашу первую монетку точно в центр стола. Хотя в этой игре и нет «центральной клетки», есть уникальная позиция в центре стола — как только вы положили туда монету, никто другой ее уже не сможет занять.

Это еще не значит, что ход в центр стола — это хороший ход, но это уникальный первый ход, единственный ход в этой игре, когда игрок имеет возможность сделать его так, чтобы

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

148

второй игрок не смог этот ход копировать. Запомните эту мысль...

Что бы вы ни делали, другой игрок может класть свои монетки почти где угодно в начальной стадии игры. Поэтому, если у вас есть хорошая стратегия, которая также должна быть и простой стратегией, она должна быть основана на не требующих особенных раздумий парирующих ходах, которые позволят вам легко нейтрализовать любой ход противника.

Теперь обобщите все, о чем шла речь выше. Поскольку вы ходите первым, вам нужно сделать первый ход, положив свою монету прямо в центр стола. После этого вы копируете «зеркально» предыдущий ход вашего оппонента. Вы просто должны мысленно соединить прямым отрезком его монетку и центр стола, потом продолжить эту линию и положить вашу монетку на нее с противоположной стороны от центра на точно таком же расстоянии, как это сделал ваш оппонент.

Вы всегда сможете так поступать, так как вы просто дублируете последний ход вашего оппонента (если стол симметричный). В конце концов именно вашему оппоненту не удастся

положить еще одну монету на стол так, чтобы он не прикасалась ни к одной из тех, которые уже лежат на столе.

Британский эксперт по головоломкам Генри И. Дьюдени вызвал при помощи этой игры

ажиотаж в своем клубе в Лондоне (там они выкладывали на стол сигары[56]). Игра описана в опубликованной в 1917 году книге Дьюдени Amusements in Mathematics («Математические развлечения»). Версия Дьюдени с сигарами была особенно хитрой. Его уловка, которая всегда приносила ему выигрыш, была такой: он ставил сигару в самый центр стола вертикально. Следующие сигары можно было также ставить на стол вертикально или класть их на стол — это было безразлично, поскольку Дьюдени всегда мог отвечать противнику симметричным ходом. Американский соперник Дьюдени Сэм Ллойд использовал его идею, творчески ее развив: он использовал в игре куриные яйца. Чтобы яйцо могло стоять, нужно сделать

небольшую вмятину на тупом конце яйца.[57]

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

149

Пять пиратов на острове должны разделить между собой сотню золотых монет...

Насколько нам известно, у пиратов равные права на монеты. Простейший план — поделить монеты поровну на пять частей. Тогда каждый получит по двадцать монет. Что плохого в таком решении?

В общем ничего, за исключением того, что вас могут убить. Вы предложите такое решение, а другие четыре пирата могут подумать, что двадцать монет — это хорошее решение, но двадцать пять монет — еще лучше. Именно столько они и получат, если проголосуют против вашего плана и убьют вас. Потом они снова начнут делить ту же сотню монет, но пиратов теперь будет только четверо.

Вы можете до посинения спорить, утверждая, что поделить добычу поровну — это самый честный план, но в условии головоломки ничего не говорится о том, что пираты — люди честные. Честность — это обычно не самое нужное пиратам качество. Причем отвергнуто будет не только первое предложение поделить все поровну: то же случится и со следующими подобными предложениями. Ведь лучше делить добычу на троих, чем на четверых? А на двоих лучше, чем на троих? Вам понятно, к чему это все приведет?

Эта загадка напоминает телевизионное шоу «Последний герой». В этом шоу его участники голосуют за то, кого из соперников выгнать с острова, надеясь, что именно они останутся его последним обитателем и выиграют денежный приз. Участники этого шоу обычно стремятся к победе, формируя кратковременные коалиции. Сходный подход применяется и здесь. Поскольку вы рискуете своей жизнью, а не просто потерей возможности стать на пятнадцать минут «звездой экрана», вы хотите быть стопроцентно уверены, что ваш план раздела добычи будет принят.

Эта головоломка — еще одно упражнение в рекурсивных рассуждениях. Чтобы найти решение, нужно понять, что ситуацию с n пиратов можно анализировать на основе ситуации с n — 1 пиратов и т. д., пока вы не доберетесь до «базовой ситуации», решение в которой будет абсолютно ясным.

Базовая ситуация — это один выживший пират. Очевидно, что единственный пират предложит отдать ему все монеты. Ход сделан!

А что если пиратов двое? Старшему из них придется предложить, как делить добычу. В условии головоломки говорится, что предложение принимается, если «по крайней мере половина пиратов» за него проголосует. Это значит, что достаточно одного голоса старшего пирата, чтобы предложение было принято. Следовательно, если пиратов всего двое, то старшему из них бояться нечего, и он может не беспокоиться о том, что думает его товарищ. Будучи жадным негодяем, старший пират предложит отдать все сто монет ему. Результаты голосования будут такими: один голос «за» и один «против» — это значит, что предложение будет принято.

Может показаться, что старший пират всегда получит то, чего он хочет. Не совсем так. Представьте, что он решил воспользоваться тем же трюком, если пиратов трое. Давайте пронумеруем пиратов, начиная с самого младшего: №1, №2, №3. План раздела добычи должен предложить номер 3. Если он предложит такой план: «Все достается мне, а вы, ребята, ничего не получите», то следующий пират в этой последовательности (№2) точно проголосует против подобного предложения. Пират №2 знает, что он сам получит все, если останутся только два пирата после того, как №3 будет убит. Решающим оказывается голос пирата №1. Он ничего не получает, если проголосует за план пирата №3 , но также ничего не получит, если проголосует против, если останутся только два пирата. У него нет никаких причин, чтобы предпочесть один вариант другому.

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

150

Итак, если №3 умен, как это предполагается в головоломках, он попытается получить поддержку пирата №1. Нужно также учесть, что пират №3 жадный, и он готов отдать другому пирату только необходимый минимум. Логичным предложением со стороны пирата №3 будет дать №1 одну золотую монету, №2 — ничего, а ему самому — оставшиеся девяносто девять монет! Поскольку №1 также рассуждаете логично, но поймет, что и эти жалкие гроши лучше, чем ничего, а ведь он ничего не получит, если пират №3 будет убит. Пират №1 проголосует за план раздела добычи (как и №3, конечно), и это предложение будет принято двумя голосами против одного несмотря на все проклятия накачавшегося с горя ромом пирата №2.

Теперь рассмотрим ситуацию с четырьмя пиратами. Четыре — это опять четное число. Это значит, что самому старшему пирату достаточно всего одного голоса, кроме его собственного, чтобы его предложение прошло. Ему нужно ответить на вопрос: «Какой из голосов остальных трех пиратов окажется самым дешевым?»

Вернемся к ситуации с тремя пиратами. Пират №2 не получает в ней ничего, поэтому если пират №4 предложит ему хотя бы что-то, то для пирата №2 будет логично проголосовать «за».

И получив голос пирата №2, пират №4 может совсем не беспокоиться о том, что думают №1 и №3. План пирата №4 будет таким: ни одной монеты для №1, одна монета для №2, ни одной монеты для №3 и девяносто девять монет для него самого.

Теперь модель нам ясна. В каждом случае самый старший пират должен «купить» ровно столько голосов, сколько ему необходимо, и как можно дешевле. Все остальные деньги достанутся ему самому.

Теперь применим эту модель к ситуации с пятью пиратами, о которой речь и идет в задаче. Вы пират №5. Вам нужно три голоса: ваш собственный и еще два. Таким образом, вам нужно что-то дать двум пиратам, которые больше всего проиграют, если пиратов останется только четверо. Это пираты №1 и №3. Оба не получат ничего, если вас убьют и останется всего четыре пирата. Обоих можно убедить проголосовать за ваш план, если он им что-нибудь сулит. Ваше предложение: ничего не давать пирату №4, дать одну монету №3, ничего не дать №2 и дать одну монету №1. Оставшиеся девяносто восемь монет вы оставите себе.

Это одно из тех абсолютно не соответствующих здравому смыслу решений, которые убеждают многих людей в абсурдности логических головоломок. Если бы пираты формировали коалиции на основе дружеских отношений (что и происходит в телешоу «Последний герой»), все эти рассуждения оказались бы бессмысленными. Но даже если не принимать в расчет возможные дружеские коалиции, решение все равно выглядит сомнительным. Вы можете поверить, что пираты (или наркоторговцы, мафиози, какие-нибудь другие бесчестные эгоисты) спокойно проголосуют за схему, которая вам дает девяносто девять монет, а они получают или одну монетку, или вообще ничего? Да остальные четверо сначала вас застрелят, а уже потом станут заниматься дедукцией.

Эту головоломку использует компания Fog Creek Software из Нью-Йорка. По этому поводу в одной из интернет-конференций появилось сообщение: «Готов поклясться, что генеральный директор Fog Creek загребает 98 процентов прибылей этой компании. Реальная причина, по которой в ней задают этот вопрос, — желание найти смиренных овечек, готовых с

этим мириться, если получат какое-нибудь математическое объяснение».[58]

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

151

В одной из школ есть такой ритуал в последний день занятий...

Первая вещь, которую необходимо понять, — эта головоломка просто обязана быть проще, чем она кажется на первый взгляд. Ваши интервьюер слишком занят, чтобы сидеть и ждать, пока вы пройдете все сто шагов. Должен быть какой-то трюк, который позволит упростить решение, и ответ должен быть относительно простым. Или все 100 шкафчиков должны остаться открытыми, или ни один из них, или должна отыскаться какая-то закономерность, которая позволит легко решить, сколько будет открытых шкафчиков.

Ваш нетерпеливый интервьюер некоторое время будет сидеть спокойно, пока вы начертите таблицу с номерами с первого по десятый. Сделайте это и делайте отметку в клетке, относящейся к данному шкафчику, если положение его дверцы изменилось. Например, в первом цикле все 100 шкафчиков будут открыты. И вы поставите в таблице соответствующие отметки.

Во втором цикле вы поставите отметки в клетках с четными номерами 2,4,6,8 и 10. Продолжите это до десятого цикла (если бы вы продолжили это делать до 20, 30, 40 и т. д. — у вас получилась бы полная таблица). После десяти циклов ваша таблица будет выглядеть так:

И следующие циклы никак не повлияют на первые десять шкафчиков — ведь во время одиннадцатого цикла будет меняться положение дверец только шкафчиков номер 11, 22, 33... Таким образом, составленная вами таблица для первых десяти ящиков окончательная. Поскольку в начале шкафчики были закрыты, то все шкафчики, положение дверец которых изменилось нечетное количество раз, останутся открытыми, а если положение менялось четное количество раз, шкафчики будет закрытыми.

Это означает, что после 100 циклов шкафчики 1, 4 и 9 останутся открытыми, а все остальные закрытыми. 1,4 и 9 — это точные квадраты, то есть числа, умноженные сами на себя (1 = 1х1; 4 = 2х2; 9 = 3x3). Это очень привлекательная закономерность.

Вы понимаете, почему открытыми остались только те шкафчики, номера которых — это квадраты какого-то числа? Вы столько раз меняете положение дверцы шкафчика, сколько есть множителей в числе, соответствующем его номеру, а эти множители — парные. Например, двенадцать — это 1 х12, или 2x6, или 3x4. Поскольку есть три способа разбиения этого числа на пары сомножителей, общее число сомножителей — шесть. Это значит, что положение дверцы этого шкафчика изменится шесть раз. Единственный способ, которым число может избежать четного количества сомножителей, — это такая ситуация, когда его можно представить как пару из двух идентичных сомножителей. Например, девять можно представить как 1 х 9 и также как 3x3. Это дает только три различных сомножителя (1, 3 и 9). Только те шкафчики, номер которых — это квадрат какого-то числа, будут открываться/закрываться нечетное количество раз, и только их дверцы останутся открытыми.

Такие числа в первой сотне это: 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81 и 100. Ответ на задачу: открытыми будут десять шкафчиков.

У вас есть два куска бикфордова шнура...

В более простой версии этой головоломки, которую также используют в интервью, спрашивают, как отмерить тридцать минут при помощи тех же бикфордовых шнуров.

Уильям Паундстоун: «Как сдвинуть гору Фудзи»

152