數字華容道簡史

數字華容道(15 數字推盤)看上去像是一直都有的東西,其實它有一個大致的「生日」:1879 到 1880 年的冬天。一個裝著數字木塊的小盒子,幾個月之內從紐約州北部的新奇玩意兒變成了席捲美國和歐洲的熱潮。

誰發明的

很長時間裡,人們把功勞歸於美國著名謎題作家山姆·洛伊德(Sam Loyd),他從 19 世紀 90 年代起一直說是自己發明的。其實不是。謎題史學家傑瑞·斯洛克姆(Jerry Slocum)和迪克·桑納維爾德(Dic Sonneveld)一路追溯,找到了紐約州卡納斯托塔的郵政局長諾伊斯·查普曼(Noyes Chapman):19 世紀 70 年代中期他就在給朋友們看這個謎題的一個版本。後來它傳到錫拉丘茲,又傳到波士頓,1879 年底那裡的木匠開始製作出售。查普曼在 1880 年申請過專利,但被駁回了。

1880 年的熱潮

1880 年初,這個以「寶石謎題」「老闆謎題」等名字出售的小盒子隨處可見。報紙上畫著人們埋頭擺弄它的漫畫,老闆們抱怨員工耽誤了工作,有的店乾脆禁止玩。幾週之內它就漂洋過海,傳到了英國、法國和德國。然後,熱潮來得快去得也快,到夏天就退了。

「14–15」難題和懸賞

熱潮的一部分來自一個刁鑽的設計:謎題出售時,常常除了 14 和 15 對調之外其餘都排好了,挑戰玩家把它們換回來,還有人為此懸賞。山姆·洛伊德後來講過自己懸賞 1000 美元的故事;沒有證據表明他真的懸賞過,但這個故事流傳了下來。

從來沒有人領到獎金,因為根本沒人能做到。1879 年,兩位美國數學家威廉·約翰遜和威廉·斯托里在《美國數學雜誌》上發表了證明:每一次滑動都會保持某個計數(奇數還是偶數)不變,所以所有排列裡正好一半能從排好的狀態走到,另一半走不到。「14–15」局面就在走不到的那一半裡。這是最早由數學證明來定論一個流行遊戲的例子之一。

一共有多少盤

把 15 塊方塊和一個空格放進盒子,一共有 16!(約 20.9 萬億)种放法,其中大約 10.5 萬億種有解。這麼多局面不可能用紙筆一一檢查,所以「最難的一盤要幾步」這個問題懸了將近一百年。

電腦改變了這一切。1985 年,理查德·科夫(Richard Korf)用 15 數碼介紹了 IDA* 搜尋方法,這個方法今天仍在使用(本站的求解器用的就是它)。20 世紀 90 年代,蘇黎世的研究人員證明:任何 15 數碼最多 80 步就能還原,而且有些局面確實需要整整 80 步。更小的 8 數碼最多只要 31 步。至於 5×5 的 24 數碼,確切答案至今還不知道。

數字華容道和其他名字

在中國,15 數字推盤叫「數字華容道」。這個名字來自一個更古老的中國滑塊謎題「華容道」:曹操要在華容道上一路挪動,才能從伏兵中脫身。在日本它叫「15パズル」,在法國叫 taquin,在西班牙和拉丁美洲叫 juego del 15。這個謎題從來沒有真正過時:便宜的塑膠版成了經典的口袋玩具,今天的速解高手幾秒鐘就能還原一盤 4×4。

想試試嗎?來玩數字華容道,或者學學怎麼還原。