مساله ۲۸. یافتن گنج

یک جدول ۱۱ در ۱۱ به شما داده شده که در یک خانه اون یک گنج قرار داره. هر بار می‌تونیم یک مستطیل دلخواه از جدول را انتخاب کنیم و از پیشگو بپرسیم آیا گنج توی این مستطیل قرار داره؟

کمترین سوال لازم برای این که گنج را پیدا کنیم چقدر هست؟

لینک مساله در توویتر: https://twitter.com/Riazi_Cafe/status/1693859687786074266

پاسخ مورد نظر ۷ می‌باشد.

چون با هر پرسش فضای جستجو را به دو بخش می‌کنیم، پاسخ کمتر از ⌈log₂ 121⌉=7 نمی‌تواند باشد.

ابتدا یک راه‌حل ساده با ۸ حرکت را توضیح می‌دهیم و سپس به توضیح ۷ حرکت می‌پردازیم.

اگر با الهام از باینری‌سرچ مستطیل اصلی را هر دفعه به ۲ مستطیل تقریبا مساوی تقسیم کنیم و یکی از آن دو رو بپرسیم، در حداکثر ۸ حرکت به جواب می‌رسیم: سوال اول مستطیل 11x6، سپس 6x6، سپس 3x6، سپس 3x3، سپس 3x2، سپس 2x2، سپس 2x1، و بالاخره 1x1. در شکل زیر فضای بزرگترین جستجوی باقیمانده در هر مرحله (مستطیل نشان‌داده شده) و پرسش آن (بخش سبز) نشان داده شده.

برای اینکه به ۷ حرکت برسیم، به ۲ نکته‌ی کلیدی توجه می‌کنیم:

  • پس از حرکت اول باید حداکثر ۶۴ خانه در فضای جستجو باقی مانده باشد، پس از حرکت دوم حداکثر ۳۲، ... و پس از حرکت هفت یک. در راه‌حل بالا پس از حرکت اول ممکن بود ۶۶ خانه باقی مانده باشد.
  • لزومی ندارد فضای جستجوی باقیمانده مستطیل پیوسته باشد!

با در نظر گرفتن نکات بالا احتمالا خودتان بتوانید روی کاغذ یک سری راه‌حل پیدا کنید.

یک راه (شبیه راه‌حل _peyman_m) این است که مثل شکل ۱ ابتدا مستطیل قرمز را بپرسیم. جواب آری را بعدا بررسی خواهیم کرد، ولی اگر جواب نه بود، مستطیل سبز شکل ۲ را می‌پرسیم.

در این ۲ سوال فضای جستجو را حرکت اول به حداکثر ۶۱ و حرکت دوم حداکثر ۳۱ خانه محدود کردیم.

جواب آری شکل ۲ را بعدا بررسی خواهیم کرد، ولی اگر جواب نه بود، ۳۱ خانه باقی می‌ماند. پرسیدن بخش شطرنجی شکل ۳ فضای جستجو را به ۲ بخش ۱۵ خانه و ۱۶ خانه تقسیم می‌کند. بخش ۱۶ خانه چون هر دو ضلعش توان ۲ است، در ۴ مرحله می‌توان به مستطیل‌های کوچکتر مساوی تقسیم کرد و پرسید. بخش ۱۵ تایی در شکل ۴ نشان داده شده، که بخش شطرنجی مشخص شده را سوال می‌کنیم. پس از این پرسش هر ۲ حالت آری و نه را می‌توان با حداکثر ۳ سوال دیگر به یک خانه رساند. که در مجموع حداکثر ۷ پرسش می‌شود.

تکلیف مستطیل قرمز شکل یک و مستطیل سبز شکل دو باقی مانده است. مستطیل قرمز را با ۲ پرسش و مستطیل سبز را با یک پرسش می‌توان به مستطیل 3x5 تقلیل داد. دو سوال اول این حالت در شکل‌های ۶ و ۷ مشخص شده، که بعد از آن به آسانی با ۲ سوال دیگر می‌توان به یک خانه رسید.