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2.2.1人、狼、羊、菜渡河问题问题提出一个摆渡人F希望用一条小船把一只狼W、一只羊G和一篮白菜C从一条河的左岸渡到右岸去,而船小只能容纳F、W、G、C中的两个,由于狼会吃羊,羊会吃白菜,在运送的过程中决不能在无人看守的情况下,留下狼和羊,羊和白菜在一起,应该如何渡河才能将狼、羊、白菜都运过河?1这是一个有趣的智力游戏问题,可以用推理的方法解决,但比较抽象,不易理解,如果建立数学模型,进行数学化把此问题化为状态转移问题来解决,显得直观且通俗易懂。建立模型将人、狼、羊、白菜在左岸的状态依次用一个四维向量表示,设一物在左岸时记相应的分量为1,否则记为0,如A(1,0,1,0)表示人和羊在左岸,没有狼和白菜,并成为一个状态,2如果全部运到右岸,这时在左岸的状态是(0,0,0,0)根据数学中的乘法原理可得,共有2222=22=16种,但由问题中限制的条件可知有的状态是允许的,而有的状态是不允许的,凡是问题条件允许存在的状态称为可取状态,如(1,0,1,0)(即人和羊在一起)是一个可取状态,但(0,0,1,1)(羊和白菜在一起)是一个不可取状态。3一、可取状态 A(10种) 次序是(人,狼,羊,白菜)(以左边为标准), 分别是(1,1,1,1)(0,0,0,0)(1,1,1,0)(0,0,0,1)(1,1,0,1)(0,0,1,0)(1,0,1,1)(0,1,0,0)(1,0,1,0)(0,1,0,1) 右边五个正好是左边五个的相反状态。4(1,0,0,0)(0,1,1,1)(0,1,1,0)(1,0,0,1)(0,0,1,1) (1,1,0,0) 是不可取的6种状态。二、可行运载B(4种)次序是(人,狼,羊,白菜) (1,0,1,0)(1,1,0,0)(1,0,0,1)(1,0,0,0)5三、加减运算规则规定A(可取状态)与B(可行运载)相加减类似于二进制取尾法则进行运算0+0=0,1+0=1,0+1=1,1+1=0;0-0=0,1-0=1,0-1=1,1-1=0。问题转化为:从初始状态(1,1,1,1)经过多少次加减运算转化为状态(0,0,0,0)。这就把一个实际问题转化为进行可取加减运算的数学问题了。6模型运算如果一个状态是可取的就打“”,否则就打“”,虽然可取但已出现过的状态打“E ”,每次运去用减法,每次运回用加法,于是问题可利用穷举法解答如下:初始状态可行运载(去)运载后左边状态7.运去后左边状态可行运载(回)当前左边状态8.9.10.第七步出现了(0,0,0,0)状态11.实际问题转化为数学游戏问题,再借助规定的数学运算求出结果,即实现建模,易于在计算机上实现12.
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