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圍棋與數(shù)學(xué)的緊密聯(lián)系

 阿里山圖書館 2019-04-12

小時候?qū)W算術(shù),老師叫第二天準(zhǔn)備十多根棍子,做數(shù)數(shù)用,現(xiàn)在想來,如果老師拿圍棋子讓我數(shù)該多好,既學(xué)了算術(shù)又學(xué)圍棋。

圍棋里最小數(shù)是0.25(四分之一子),最大數(shù)是361,多數(shù)人認(rèn)為圍棋最大變化是361的階乘,這個數(shù)據(jù)別人計算是768位數(shù)。實際上按圍棋規(guī)則,一方可下棄著,打劫時一點可重復(fù)多次提子,另外一方提數(shù)子后另一方還可在里面下子,實戰(zhàn)變化應(yīng)當(dāng)更多。有人質(zhì)疑變化沒有這么多,有些變化不合棋理,應(yīng)以排除,但下棋的人都知道,實戰(zhàn)才有說服力,網(wǎng)上下棋滑標(biāo)也很普遍,就連聶衛(wèi)平九段都有昏招,隨手就更不用說,筆者就曾在比賽中兩氣的大龍自緊一氣大龍被吃,郁悶許久。

768位數(shù)是怎么概念呢?地球的重量約是6×10^24千克,6×10^27克,約為6后加27個零,如果地球人每下一盤棋用一粒沙子記數(shù),以粉沙一萬粒為一克計算,地球的物質(zhì)全部化為沙子也僅能提供6×10^31粒,也就是32位數(shù)的沙子,就算孫悟空來“大鬧天宮”施展神通,把銀河系所有上千億顆星球粉碎成沙子,也僅能獲得約54位數(shù)的沙子,所得之?dāng)?shù)也僅是768位數(shù)的零頭,可以怱略不計!

由于變化太多,無法得出精確的最佳著法,自然也無法得出合理的帖目數(shù),帖目數(shù)曾經(jīng)是零目、5目半、6目半,現(xiàn)在是7目半。

“目”是面積單位,數(shù)學(xué)上沒有而圍棋所特有的,“目”等于圍棋全部地域的361分之一,數(shù)學(xué)家也說不清“平方公里”和它誰大誰小。

無窮大符號“∞”與棋盤上兩只眼形狀相似,有兩眼的棋,對方永遠(yuǎn)也無法緊完它的氣,其實兩眼活棋它的氣就是無窮大。圍棋盤上的線段最多只有19個點,而數(shù)學(xué)上一條線段是由無數(shù)的點組成。數(shù)學(xué)要有一組基本概念和公理,以便整理成為一個演繹系統(tǒng),圍棋亦然,圍棋基本公理是“地多者勝”,中國圍棋從而推導(dǎo)出“子空皆地”這一定理,日本圍棋只點空或點目不數(shù)子,是違背“地多者勝”這一公理的,日本圍棋規(guī)則因而在判定勝負(fù)時有各種爭議和缺陷。

我們學(xué)數(shù)學(xué)時學(xué)了很多公理和以公理推導(dǎo)出的定理,公理本身無需證明,圍棋也有公理和定理,兩眼活棋是公理,而“直三”、“丁四”、“刀把五”、“花六”這些棋形,經(jīng)驗證,對方先動手做不出兩眼,從而確立“直三”、“丁四”、“刀把五”、“花六”這樣的棋形是(對方先下)死棋為定理。圍棋定式雖然在某個時期大家公認(rèn)為局部雙方合理變化,但隨著時間的推移和理論的改變,認(rèn)識會有所改變,某些定式也會被淘汰,故不是定理。數(shù)學(xué)公理:“過兩點有且只有一條直線”,但在棋盤上,不在同一線上的兩點只能彎曲連接,棋盤上最多只有十九個點之間有且只有一條直線,兩點之間不一定有一直線。數(shù)學(xué)公理:“兩點之間線段最短”,這公理表現(xiàn)在圍棋上,就是出逃或出頭時最好要一間跳或二間跳。圍棋棋訣:“象眼尖穿忌兩行”,暗含數(shù)學(xué)公理之要義,這公理就是:“如果兩條直線都和第三條直線平行,這兩條直線也互相平行”,“兩行”就成了兩條平行直線,子效對消,當(dāng)“忌”也。圍棋棋訣:“棋成愚形效率低”,“愚形”就是三角形或其組合,用數(shù)學(xué)來說,就是三角形和正方形哪個更有效率更能圍面積的問題,不難證明,三角形的邊長和面積之比大于正方形邊長和面積之比。

第一手棋價值最大,然后逐一遞減,到單官時就是零,如果雙方下出最好的應(yīng)對,它們之間的數(shù)值應(yīng)當(dāng)是一個數(shù)列,因黑有先手之利,黑棋數(shù)列比白棋數(shù)列相對應(yīng)的數(shù)值總有一個差額,這所有的差額相加,目前認(rèn)為大約相當(dāng)于7.5目。

每一手棋都有一定價值,它就是“代數(shù)”,代表一定的目數(shù)。用數(shù)學(xué)表示就是X=N目,N一般為正數(shù),有時一手棋太壞,適得其反,也會是負(fù)數(shù)。棋手每下一手棋,都要解一道或幾十道“代數(shù)式”,都會用到圍棋的公理和定理,但圍棋的變化實在非人力所能計算,在有限時間里更不能一步步推導(dǎo)而出,更多時是用定式來代替定理,有時憑感覺,計算結(jié)果自然也會有偏差。

圍棋不下在要點,而下在這點的上下左右,結(jié)果會完全不同,甚至生死之別,用“差之毫厘,謬以千里”都不足以形容,用數(shù)學(xué)來說就是一個極小的數(shù)乘以無窮大等于無窮大。記錄棋譜和對局研究,都用到數(shù)學(xué)里的坐標(biāo),如果沒有數(shù)學(xué)提供的坐標(biāo),我們論棋時只能說“這里”“那里”,多幾個點就無法表述。

中學(xué)時學(xué)過數(shù)學(xué)家華羅庚介紹統(tǒng)籌學(xué)的文章,說的是在一定時間里做最多的事,比如煮飯和洗碗、洗菜,最好的方法是先煮飯,在煮飯的同時洗碗洗菜。圍棋盤上當(dāng)然想幾個好點同為我方占領(lǐng),但棋是輪流下的,這就需要搶先手,假如有20目官子、15目官子和10目官子各一,前兩官子為后手,后一官子為先手,統(tǒng)籌安排就是先收10目的,輪對方收20目的,我方再搶到最后一個15目,總計是25目,比對方20目多,“一先不失”就是圍棋里的統(tǒng)籌學(xué)。

以前學(xué)復(fù)數(shù)、微積分,學(xué)虛數(shù),很不以為然,認(rèn)為離生活太遠(yuǎn),學(xué)習(xí)興趣不大。下圍棋以后知道,圍棋中的實地就是實數(shù),厚勢便是虛數(shù),厚勢能發(fā)揮多大作用,能轉(zhuǎn)化成多少實地,還不能確定。

計算實地的目數(shù),可用精確數(shù)學(xué)搞定,而厚勢、整體形勢則有不確定性,有各種復(fù)雜因素,很難判斷,棋手憑的是自個的天份和經(jīng)驗。在精確數(shù)學(xué)以外,模糊數(shù)學(xué)也試圖對復(fù)雜事物進行識別,研究和處理模糊性、不確定性。

棋手腦中要有虛擬圖像、各種可能的形狀,還要無數(shù)次去驗證此圖大于彼圖,此形優(yōu)于彼形,就像幾何中求證此三角形大于彼三角形,或此角大于彼角、此線段大于彼線段。判斷實數(shù)的大小比較容易,但要判斷有實數(shù)和虛數(shù)的形狀就太難了,要判斷幾手棋或幾十手棋后既有實數(shù)也有虛數(shù)的形狀價值大小更是難上加難。

中國官方的統(tǒng)計,向來是統(tǒng)計加估計,數(shù)字出官,官出數(shù)字,統(tǒng)計數(shù)與實際數(shù)相差太遠(yuǎn),水分多對某個官反而有利。廣西某縣,為顯示招商引資或搞活經(jīng)濟的政績,統(tǒng)計表上說某鄉(xiāng)某鎮(zhèn)有多少企業(yè),其實加上賣羅卜串的和開小店的總共都不到所列數(shù)字的一半,這些政績還編入縣志,還強行要吃公家飯的高價購買志書!對棋手而言,也是統(tǒng)計加估計,實空部分是統(tǒng)計得出有多少目,而厚勢部分,只能用估計,估計得越準(zhǔn)確,形勢判斷就越準(zhǔn)確,就能制定正確的策略和行棋方向,就能更易取勝,水分多對棋手是不利的,沒有棋手故意做錯誤的形勢判斷。

拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)中一基礎(chǔ)的分支,研究幾何圖形在連續(xù)變形下保持不變的性質(zhì),棋手也常常在棋盤上構(gòu)思很多變化圖,這些棋形或變化圖也是連續(xù)變化的,棋手尋求的是在連續(xù)變化中對已方有利的可能性。

計算機圍棋軟件必須能夠辨別微妙而又復(fù)雜的棋形,而計算機的程序算法卻很難表達(dá)棋形,因為棋形往往是憑直觀獲得的知識,而憑直觀獲得知識是人類智慧的特征。圍棋具有復(fù)雜系統(tǒng)的許多非線性特征,圍棋多靠經(jīng)驗傳承和辨證思考等非科學(xué)的方式進行學(xué)習(xí),很難用非常具體的數(shù)學(xué)模型進行描述。

國際象棋的電腦程序,數(shù)學(xué)建模非常簡單,主要是對不同角色賦予不同的分值,然后對盤面上的每一顆棋可能的走法進行樹形展開進行計算,按分值最大的走法進行排優(yōu),來決定行棋步驟。圍棋的規(guī)則雖然簡單,但圍棋行棋的數(shù)學(xué)模型卻非常復(fù)雜。圍棋電腦冠軍設(shè)計者陳志行認(rèn)為,必須讓電腦程序?qū)崿F(xiàn)17項需求模型,才能達(dá)到基本棋力,而進一步提高,則非常困難。而單憑電腦下國際象棋的“樹形展開、優(yōu)選搜索”的計算原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

系統(tǒng)論有一個基本規(guī)律,即整體大于部分之和,由多個部分構(gòu)成的一個系統(tǒng)可以在整體上出現(xiàn)一些其單個部分所沒有的特征。同樣,圍棋的復(fù)雜性并不存在于棋子中,而是存在于棋子構(gòu)成的整體中,無論是好形還是愚形,死棋還是活棋,那都是整體的性質(zhì),是整體的特征使圍棋變得復(fù)雜無比。

數(shù)學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科,我們要學(xué),圍棋是中國四藝之一,也要學(xué)習(xí)傳承,其實我們可以在圍棋中學(xué)數(shù)學(xué),在數(shù)學(xué)中學(xué)棋,魚和熊掌兼得,何樂而不為呢?

轉(zhuǎn)自:數(shù)學(xué)中國

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