——中小学数学竞赛爱好者和大学生适合练习的高难六宫数独(第05题)
在家上网课、看好书之余,解答数独题,也是休闲娱乐、健脑益智的好途径。
图M1是一个六宫数独游戏,它有六行、六列,A、B行的123列组成第一宫,456列组成第二宫,C、D行左右各六格组成第三、第四宫,E、F行左右又有第五宫、第六宫。我们要在空格中填入1~6的整数,与已知的数字一起,使每行、每列、每宫的数字都不重复,即为所谓的数独。
六宫数独,粗看好像较为简单,但依据已知的数字的多少和布局的情况,也有较难的,例如图M1的题目,我们现在就开始解这道题。有些经验但还不太熟练者可从文末的M1的简化版M2开始做题,初学者也可由M2的进一步简化版M3着手。
由图M1,E3所在的E行和3列已经有13456这五个数字,按照数独的规则,E3就是2,这是唯一数法,如图01。
在图01中,又用唯一数法,A3所在的A行和3列已有数字12346,可见A3必为5,即有图02。
对于图02,讨论第六宫。A4为6使E4与F4不是6,C6为6因而F6不为6,第六宫中只有E5是6,这是行列排除法,就得到图03。
看图03,E2所属的第五宫和E行已有12356,E2只好为4。而C3是3行的唯一宫格,故C3为3。都用到唯一数法,就有图04。
图04中,C3为3故C4与C5不是3,E3为3则D6不是3,第四宫只有D4=3。又A2为3使F2不是3,第五宫中必须是F1=3。又是行列排除法,即为图05。
观察图05,第五宫中的唯一空格F2必为6,E行的唯一空格定是1,这又用到唯一数法,如图06。
而图06的第一宫中,仍用行列排除法,A4为6因此A1不是6,F2为6可见B2不是6,只能是B2为6,就是图07。
看图07的第二宫,A2为3则A5与A6不是3,D4为3故B4不是3,E6为3从而B6不是3,可知B5=3,就在图08中。
到了这一步,常规的解法就无法继续了,要采用候选数法这种升级的技巧来解决问题。在每个空格中填入小字体的数字1~6,再按每行、每列、每宫中已经知道的数字划去小字体中重复的数,就得所谓的候选数,如图09。
候选数法之所以功能更强大,是因为它把空格隐含的数字信息充分发掘出来。具体的实现形式也多种多样,这里采用一种看似编程算法的逻辑推理表达式来讨论关键点B2(需要尝试寻找)的两个候选数的去留情况:
+2[B2]-2[D2]+5[D2]-5[D6]+24[D6|F6]-24[A6]+1[A6]-1[A1]+2[A1]-2[B2]
分段解释:
+2[B2]-2[D2] 假设B2为2,则同在2列的D2不是2;
+5[D2]-5[D6] D2只能为5,则同在D行的D6不是5;
+24[D6|F6]-24[A6] D6与F6就成为恰好含有2和4的数对,这种结构特别稳固,即6列中不能再在别处有2或4,则A6要去掉2和4;
+1[A6]-1[A1] A6只好为1,则同在A行的A1不能是1;
+2[A1]-2[B2] A1只能为2,这就推翻了B2是2的假设。
可见,B2不是2,B2必须是1,删除第一宫、B行、2列的多余候选数1,就有图10。就本题而言,后面没有什么太难的地方,可以闲庭信步了。
考虑图10,C2与D2构成候选数为2和5的数对,则第三宫中的2和5必在C2与D2之中,C1与D1都要删去候选数2,就是图11了。
而图11里,A1的候选数只有2,故A1为2,这称为唯一候选数,比前面的唯一数法还要直接了当,无需再看所在行、列或宫的其他数。D1的候选数只剩4,可见D1是4。清除相关行、列、宫的多余候选数,参见图12。
对图12来说,B6与D6是候选数为2和5的数对,因此F6要去掉候选数2,得到图13。
图13中,A5、C1、F6处都是唯一候选数,显然A5=4,C1=1,F6=4,清理相应行、列、宫中多余的候选数,就有图14。
请看图14,虽然C4有三个候选数245,但其中的4是第四宫中唯一为4的候选数,且已知数也不含4,可见C4为4,这是隐形唯一候选数。又A6、C5、F4都有唯一候选数,故A6为1,C5为2,F4为2。删去相关多余的候选数,得图15。
在图15中,B4、C2、D6处有唯一候选数5,B6、D2都有隐形唯一候选数2,所以B4、C2、D6都为5,B6、D2都是2,如图16,即是图M1这道题的解答。
做完题目,还需验证每行、每列、每宫数字的唯一性,才算大功告成。按数独的要求,答案还必须是唯一的,这就排除了一些多答案的另类情形。
本题用候选数法解决最关键的步骤,要用敏锐的观察来寻找突破口。而数独游戏的魅力就是经常有多样的解法,这里提供另一种思路。
回到图09,我们也可以这样推理:
+2[A5]-2[A1]+1[A1]-1[C1]+24[C1|C5]-24[C4]+5[C4]-5[B4]+2[B4]-2[A5]
上式的意思是:假设A5为2,则A1不是2;A1只能为1,故C1不是1,C1与C5构成包含2和4的数对,则C4不含2和4;C4只好为5,则B4不能是5;B4只有等于2,这与A5为2的假设矛盾。从而A5不是2,A5必是4。读者可以验证,接着的解题过程还是比较轻松的。
解决了最重要的问题后,再用候选数,就没什么挑战性了。我们可以把图10中的候选数撤掉,变成图M2。
有一定经验但还需强化练习者可从这里开始用常规的方法做下去,还能增加一些游戏的趣味性。
图M2再解下去,就得到更简单的图M3,初学者也可在此起步做题。
从中小学到大学,大部分学生在学习数学时由于种种原因只学会套用理论解题,在逻辑推理方面的练习相对比较缺乏。数独游戏恰好就经常要在推断中寻求解题的办法,通过做数独题,能让广大学子在放松身心的同时,也可顺便补充推理方面的训练。建议中小学数学竞赛爱好者和大学生多做这种较难的六宫数独,并把一些解题技巧移植到标准九宫数独中。
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