趣味魔法数学
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迷宫走失

“你在那里捧腹大笑什么呀?是看到了什么有趣的故事了吗?”哥哥看我笑得不能自已,于是问我。

“我在看杰罗姆杰罗姆(1859~1927),英国现代最杰出的幽默小说家、散文家和剧作家。的《三怪客泛舟记》,这本书实在太有趣了呢。”

“我记得那可是一本非常好的书。你看到哪一章了?”

“我读到一群人在花园迷宫里迷了路,没法儿从迷宫中走出去。”

“哇,这是一个非常有意思的故事!你读给我听一听吧。”

于是,我声音洪亮地从头开始朗读这一段有趣的故事:


哈里斯问我有没有去过汉普顿迷宫。他自己曾经去过一次这个迷宫,哈里斯还对迷宫的地图进行过深入研究,他认为迷宫内部的构造非常简略,而且他觉得对于这样一个迷宫,实在是没必要浪费钱。但是他这次再去迷宫则是给他的朋友们当导游。

“你想要去这个迷宫的话,那咱们就去吧,我可以给你当向导。”哈里斯向朋友说,“不过我认为那里并没有什么有意思的东西。把它叫作迷宫实在是让人匪夷所思。其实在这个迷宫中,你只需要自己在拐弯处一直选择往右拐就可以了。我们甚至最多用10分钟就可以逛完这个迷宫。”

然而他们刚刚进入迷宫里,就碰见很多人,而这些人在迷宫里面已经绕了大约1个小时了,现在非常急切地想出去。于是,哈里斯说,如果他们愿意,可以跟着他走,虽然他和朋友刚刚才进入迷宫,但是只需要一小会儿就可以走出去。这些人都非常乐意跟着哈里斯继续走。

哈里斯在往出走的路上,又带上了许多急切地希望着能出去的人们,甚至到后来,所有的人都开始跟着哈里斯走。这其中有一些人甚至害怕会被一直困在这个迷宫中,再也见不到他们的家人朋友了。所以,他们见到哈里斯仿佛看到了希望,打起精神加入往出走的队伍当中,而且还非常感谢哈里斯。

据哈里斯描述,当时队伍中大概至少有20人,其中有一位抱着小孩的少妇,紧紧地抓着哈里斯的胳膊,就害怕把哈里斯跟丢了,因为她已经被困在迷宫中整整一个上午了。哈里斯一直坚持着在转弯处往右拐,但是一切并没有他想象得那么顺利,路仿佛越走越长了。然后,哈里斯的朋友说:“这个迷宫实在是很大呢。”

“那当然了,这可是全欧洲最大的迷宫呢。”哈里斯回答道。

“应该没错,毕竟咱们走的距离差不多都有两里了。”他的朋友回答道。

虽然哈里斯这个时候也开始纳闷怎么还没有走出去,可是他仍然坚持着往前走,往右拐。直到又走了一会儿之后,突然有人注意到了地上的一块儿蛋糕,而这块蛋糕,据哈里斯的朋友说,他大概7分钟之前曾经看到过。

“不可能,这绝对不可能的!”哈里斯坚决不肯相信他朋友说的。直到那个抱着孩子的妇女非常确定地说道:“他说得没错,因为这个蛋糕是我在遇见你之前不小心掉在这里的。”并且还接着对哈里斯说道:“我甚至觉得你就是个骗子,我真是宁愿一开始就没有遇见你。”女人的话激怒了哈里斯,他非常气愤地拿出地图,想以此来证明自己所走的路线是正确的。

这时,他们同行队伍中的一个人提出了疑问:“但是你甚至连咱们所处的具体位置都不清楚,又怎么能够按着地图走呢?”

哈里斯这个时候的确没弄清楚他们一行人所处的具体位置,于是提议说可以先回到最开始出发的地方,然后再重新按照地图走。大家都觉得先回到最初出发的地方这个提议是目前最好的选择,但是并没有认同哈里斯说的回到起点之后再重新按照地图走这个想法,于是大家再次跟随哈里斯走向了反方向。然而,10分钟过去了,他们并没有回到起点,反而再一次走到了迷宫的中心。

一次又一次带错路的哈里斯本来想和大家开玩笑说这次是他故意这样走的,但是他发现所有人都已经怒形于色,就只能解释这次走错仅仅是个意外。

但是无论之前怎么样,大家不能一直停留在原地,需要选择一个方向前进。而现在大家也弄明白了自己所处的具体位置,于是就开始拿出地图研究出去的路线。从地图上看,他们好像很容易就能走出迷宫,所以一行人开始按照地图上的路线向出口进发。

然而他们又失败了,不出3分钟,他们就走回了迷宫的中央。

最后,没有人再愿意和哈里斯一同前进了,因为无论他们朝哪个方向走,最终的结果都是再次绕回迷宫中心。就这样反反复复了好几次之后,其中一些人决定待在原地,等待着那些继续前进的人绕一圈又一圈之后再次回到中心。看到这种情况,哈里斯想再一次研究研究地图,但是没想到他的这一举动却惹恼了所有人。

大家吵得不可开交,于是就叫来了管理员。管理员来了之后,他爬到梯子上来指挥这些人应该怎么走才能走出迷宫。

然而管理员的描述依旧让大家听不明白,晕头转向。管理员不耐烦地说:“那你们都站在原地,不要乱动,等我进去带你们出来!”管理员走下梯子,走向聚集在一起等着他的一行人。

这个管理员是一个很年轻的新人,也并不熟悉这个迷宫。他走进迷宫之后别说带大家出去了,他自己都迷了路,连人群所在的位置都找不到。这群人就看着管理员在围墙的另一边绕来绕去,即使他能看见人群,却怎么走也走不过来。1分钟之后,他就又绕回了原地,还非常费解地问大家为什么又换了一个位置。然而,这群人一直待在原地。


看到这样的景象,管理员也没有了其他办法,只好和大家一起等着年老的管理员来带他们出去。

“这群人实在也太不会利用现有的资源了,手里拿着地图,竟然还找不到走出迷宫的路?”读完故事之后,我觉得十分费解。

“所以,你是觉得他们就应该很快地找到出去的路吗?”

“当然啦,他们可是有地图的呀!”

“那好,你稍等一下,我这里刚好有一张这个故事里面所提到的迷宫的地图。”哥哥对我说着的同时,开始在他的书架上翻找这张地图。

“你的意思是说真的有这个迷宫吗?它在哪里呀?”

“这当然是真实存在的呀?这是位于伦敦附近的汉普顿迷宫,它可是拥有200多年历史的古迹。我找到地图了,你来看看,叫作《汉普顿迷宫平面图》(图12)。从这个平面图来看,这个迷宫的总面积只有1000平方米,看起来真的并不是很大。”

图12 《汉普顿迷宫平面图》

哥哥拿出一本书,展开其中一页,上面有一张并不大的迷宫平面图。

“那好,你现在来考虑一下,如果当时是你在迷宫的中央迷路了,你会设计怎样一条通往出口的路线呢?来,拿着这根削尖的火柴来指一下你选择的路线吧。”

于是,我拿着火柴按照我的思路从迷宫的中央开始往出口走,我非常自信地用火柴在地图上绕着弯。然而我发现,事实远比我想象得困难多了,因为我在地图上按照我的几个思路走了几次,而最后我就像我之前取笑过的那群人一样,每一次都无一例外地绕回了迷宫的中央。

“这是为什么呢?明明从这个地图来看,这个迷宫并不大,按照地图走应该很容易找到出口才对!但是谁能想到这个迷宫这么令人难以揣测呢?”

“其实有一个非常便捷的方法,按照这个方法,你就可以放心大胆地走进任意一个迷宫,然后一定能够胸有成竹地从出口出来。”

“快点儿告诉我这个神奇的方法?”

“非常简单,就是你在进入任何迷宫之后,只要你一直顺着同一个方向的墙向前走就可以了,就是一直顺着左手边或者一直顺着右手边的墙,这两者并没有大的差别。”

“就这么简单吗?”

“是的,你要是不相信的话可以按照我的方法再尝试着走一遍汉普顿迷宫。”

于是,我半信半疑地开始尝试这种方法,我再一次拿着火柴棍从入口出发,不过真的很神奇,这一次我首先很顺利地进入了迷宫中央,之后又非常顺利地找到了通往出口的路。

“太棒啦,这个方法真的是太赞了!”

“其实并不是这样的,”哥哥继续给我解释道,“这个办法也是有它的缺点的,不过如果你只是想在迷宫中不迷路,那么这个方法还是很棒的,但是如果你想把迷宫中的所有路都走一遍的话,这个方法就有局限性了。”

“可是我刚刚明明走完了所有的道路呀,一个角落也没有落下。”

“你说得并不对:你现在把你刚刚走过的路线用一条虚线画出来,然后你就会看见你还是错过了其中一条小路。”

“怎么会呢?我没有走到哪条路啊?”

“来,你看看我在这个地图给你画出来的这条路(图13),这个就是你错过的小路。所以按照这个方法,你在任意的迷宫中,可以轻松地走过大部分的地方,并且能轻而易举地找到迷宫的出口,但是你却没有办法走遍迷宫的各个角落。”

图13

“迷宫的种类和样式非常多吗?”

“那当然有很多啊。其实,现代人大多是在花园或者公园里面修建迷宫,这样的迷宫以露天的为主,这种迷宫也为人们提供了在户外高高的围墙里面漫步的机会。然而在更久远的古代,修建迷宫则是在雄伟的建筑物或者地下工程里面。而修建在地下的理由也是极其冷酷的,就是为了让那些被送到迷宫的人在走廊、过道以及大厅组成的错综复杂的道路中迷路,再也走不出这个迷宫,从而被活活饿死。据说很久以前,在克里特岛上就有一个如此传奇的迷宫,这个迷宫是在米诺斯君王的命令下建造的,而它的建造者代达罗斯最终都差点儿没有找到出去的道路,可想而知这个迷宫的内部道路复杂到什么地步。”

罗马有一位诗人奥维德,他对这个迷宫曾经有过这样一段评价:“天才建筑师代达罗斯建造了一座自带迷宫的房子。这座房子里面倒是没有什么特别的东西,只是这座迷宫内部,有一条又一条通往各个方向的既蜿蜒曲折又悠长的走廊,面对这么多复杂的长廊,即使是那些喜欢寻根究底的人也会觉得扑朔迷离。而在这个迷宫的外部,则是被高高的围墙和屋顶封闭得密不透风。代达罗斯在这个迷宫中修建的道路不可胜数,甚至他本人也会常常在其中迷路。”

“远古时代还有其他一些迷宫,”哥哥继续给我讲道,“它们的作用则是来防止盗墓者找到君王的坟墓。这种迷宫在设计的时候会把君王的坟墓置于迷宫的中央(如图14),因为这样即使贪图钱财的盗墓者能够拿到陵墓中的珍宝,他也会被困在迷宫中成为君王的陪葬者。”

图14 古代花园迷宫示意图

“那你前面告诉我的那种可以轻而易举走出迷宫的方法他们怎么不用呢?”

“可能存在两个原因,第一,远古时代的人或许并不清楚这种能够走出迷宫的方法;第二,即使他们知道这种方法,就像我之前和你说的,因为按照这种方法走的话,会错过迷宫中的一些小路。如果按照这种思路来建造迷宫,然后把珍宝藏在刚好会被错过的小路里面,那么盗墓者即使走出了迷宫也一无所获。”

“那能不能修建这样一座迷宫呢?就是进去之后一定无法找到出口。但是,如果知道你所说的那种可以走出迷宫的方法,就一定能找到迷宫的出口。假如让一个陌生人进入迷宫里面,而且让他自己在里面闲逛,那么……”

“远古时期的人们有这样一个想法,他们认为,只要他们把迷宫的内部结构设计、修建得相当复杂,那进去的人是肯定找不到迷宫的出口的。然而,现实并非如此,因为人们走不出去的迷宫是根本不可能存在的,这一点利用数学知识可以进行计算说明。其实,不仅所有的迷宫都存在出口,即使你想逛遍迷宫的每一个角落,只要你在走的过程中完全按照要求走,那么最终也都能够找到出去的路。大约在200年前,法国植物学家图内福尔曾经非常勇敢地去了克里特岛上的一个岩洞探险。关于这个岩洞,流传着这样一个传说:这个岩洞里面的道路数不胜数,仿佛就是一个天然的找不到出口的迷宫。除了这个岩洞之外,克里特岛上还有很多个类似的岩洞,而或许正是这些天然迷宫的存在,才有了后来米诺斯皇帝要求修建迷宫的传说吧。那么,言归正传,如果这位爱冒险的法国植物学家想要顺利地找到岩洞的出口,他应该怎么走呢?关于这个问题的答案,他的同僚——数学家卢卡斯在他的作品中详细地叙述了整个过程。”

说完,哥哥便从书架上拿出一本书,这本书的名字是《趣味数学》,而作者正是上面提到过的卢卡斯。然后哥哥把书翻到某一页之后就开始声音洪亮地朗读起来:


在和同路的一些人沿着林林总总的地下走廊逛了一段时间之后,我们来到一条又长又宽的道路上,这条路通向迷宫深处的一个大厅。我们沿着这条路径直走了半个小时,一共走了1460步。这条路两旁有很多走廊,如果不加倍小心的话,肯定会迷路的。因为我们特别希望能走出这个迷宫,所以十分注意往回走的路。

第一,我们将一位向导留在岩洞门口,并告诉他,如果天黑之前我们还没有回来的话,让他马上召集邻村的人来解救我们。

第二,我们每个人手里都拿着一根火把。

第三,在所有我们觉得稍后可能不容易寻找的转弯处旁边的墙上贴上了带编号的纸条。

第四,我们的一个向导在道路的左边都放上了事先准备好的小捆的树枝,另一位向导在路上撒上了随身剁碎的麦秸——他随时都带着碎麦秸。


哥哥读完这一段之后评价道:“在这个过程中,这些人也实在是太小心翼翼了。完全没有必要像他们这么慎重。不过,他们这样做也是无奈之举,毕竟图内福尔他们所处的那个时代,关于迷宫的难题并没有得到解答,所以他们只能按照这种古老但是有效的方法来寻找迷宫的出口。现在,我们研究出了解决迷宫难题的方法,比法国植物学家那种古老复杂的方法容易操作得多。当然,可靠性也和他们的方法一样。”

“你知道这些方法吗?”

“这个方法还是比较简单的。你要记住的第一点是,你在进入迷宫之后,只要你没有走到死胡同里面,或者没有遇到交叉口,你就只需要顺着这条路一直往前走即可。如果遇见了死胡同呢?那么当然要转方向往死胡同的路口走,这时你还需要做的是,拿出两颗小石子,放在死胡同的出口处,这样就可以提醒你已经走过这条路两次了。如果遇到了交叉口,那么你可以随心所欲,选择其中一条路往前走。你还需要用小石子在你走过的所有道路或者即将要走的路上做好标记。”

“你要知道的第二点是,如果你根据之前留在路上的小石子看出来你又回到了之前走过的交叉口,而且你现在所在的道路并不是你刚刚在交叉路口所选择的那一条,那么这个时候你就需要反方向往回走,并且同样地,放两颗小石子在这条路的尽头。”

“你还要记住的是,如果你根据路上的石子判断你是沿着你刚刚在交叉口选择的那条路再一次回到了交叉口,那么这个时候你再用一颗小石子在这条路上做好标记,然后再沿着你刚刚在交叉口没有选择的那条路往前走,如果交叉口所有的路都有小石子,说明都走过了,那么就选择只有一颗小石子,也就是只走过一次的道路走。”

“那么,以上的这三条规则,只要你能牢记并且会应用,你就可以逛遍迷宫的每一个角落,走遍迷宫的每一条道路,并且最终轻而易举地找到迷宫的出口。”