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Número de caminos a través de una cuadrícula modificada

Estaba en clase de matemáticas escuchando a mi profesor parlotear sobre los sólidos de revolución cuando mi amigo me pasó una nota con un rompecabezas. Era algo así: enter image description here

¿De cuántas maneras diferentes puedes ir de A a B moviéndote sólo hacia la derecha o hacia abajo? (En su mano apenas legible, por supuesto)

Razoné que, dado que los caminos para llegar a cada vértice son aditivos de manera similar a la del triángulo de Pascal, los caminos a través de un $n\times n$ cuadriculado podría venir dado por $${2n} \choose n$$ Así que le pasé la nota con la respuesta, pero fue una victoria de corta duración, ya que me pasaron una segunda nota con varias rejillas modificadas como: enter image description here

Y me quedé en blanco en cuanto a cómo formularlos bien, así que recurrí a añadirlos a mano, lo que fue bastante aburrido.


¿Existe una forma de formular amablemente el número de formas en que se puede llegar de A a B si se elimina cualquier número de vértices, o sería más fácil hacerlo simplemente escribiendo a mano (o escribiendo un algoritmo)?


Me alegraré si consigo una fórmula para cualquier restricción, como que los vértices que faltan sean simétricos respecto a la diagonal, que sólo haya un número determinado, etc. De momento el único caso al que puedo aplicar combinaciones es el de que falte la mitad inferior de la cuadrícula, en cuyo caso el número de vías puede determinarse por los números catalanes $$C_n={1 \over {1+n}}{{2n} \choose n}$$

Por favor, tenga en cuenta que sólo soy un estudiante de segundo año en la escuela secundaria. Conozco el cálculo básico, el álgebra, la teoría de los números y la combinatoria; si es posible, formula tu respuesta en algo que pueda comprender.

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mjqxxxx Puntos 22955

Un hecho elemental es la clave para que estos problemas sean manejables:

Si pasas por una casilla determinada, debes cruzar su diagonal noreste/suroeste exactamente en un lugar.

Así pues, consideremos el problema de la parte superior izquierda. El número de caminos permitidos es igual al número total de caminos (en la cuadrícula original), menos el número de caminos que pasan por cualquiera de las dos casillas eliminadas. El número de caminos que pasan por cualquiera de las casillas eliminadas es igual al número que pasa por la primera casilla eliminada, más el número que pasa por la segunda casilla eliminada, menos el número que pasa por ambas (esta es la regla de "inclusión-exclusión"). Por último, los caminos que pasan por el cuadrado borrado superior izquierdo son los que pasan por $(5,6)$ o $(6,5)$ y las trayectorias que pasan por el cuadrado borrado inferior derecho son las que pasan por $(8,8)$ . Dejemos que $N_{i,j}=N_{j,i}={{i+j}\choose{i}}$ sea el número de caminos que van $i$ cuadrados a la derecha y $j$ cuadrados hacia abajo. Poniendo estos juntos, $$ N_{UL}=N_{12,12}-\left(N_{5,6}N_{7,6} + N_{6,5}N_{6,7}+N_{8,8}N_{4,4}-(N_{5,6}N_{3,2}N_{4,4} + N_{6,5}N_{2,3}N_{4,4})\right) \\ = N_{12,12} - 2N_{5,6}N_{7,6} - N_{8,8}N_{4,4} + 2N_{5,6}N_{2,3}N_{4,4}. $$ El problema de la parte superior derecha es similar, pero más sencillo. Los problemas inferior izquierdo e inferior derecho no implican inclusión-exclusión en absoluto: por ejemplo, el problema inferior derecho sólo requiere que cuentes los caminos que pasan por uno de $(8,4)$ , $(7,5)$ , $(6,6)$ , $(5,7)$ y $(4,8)$ o $$ N_{LR}=N_{12,12} - 2N_{8,4}^2 -2N_{7,5}^2 - N_{6,6}^2 $$ después de usar la simetría.

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Shabaz Puntos 403

No veo una forma cerrada general para muchas eliminaciones de celdas. Puedes construir un triángulo de Pascal empezando por A. Hay 1 forma de llegar a A, luego 1 forma de llegar a cada celda vecina, y seguir. Las celdas que faltan tienen 0, ya que no se puede llegar a ellas. Cada celda no nula tiene la suma de la de arriba y la de la izquierda.

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¿No existe una forma cerrada para el proceso que usted describe?

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No, porque depende demasiado del número y la forma de los agujeros. He pensado en calcular el número de caminos para llegar a B desde los puntos que faltan y utilizar la linealidad, pero tampoco puedo hacer que funcione.

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Erick Wong Puntos 12209

Cuando el número de celdas eliminadas es pequeño (no querrá utilizarlo para más de 3 ó 4), puede utilizar la inclusión-exclusión, que reduce el problema a calcular cuántos caminos pasan por un subconjunto dado de celdas eliminadas. En el caso de la cuadrícula inferior izquierda, esto es especialmente fácil, ya que cualquier camino puede pasar como máximo por una de las celdas eliminadas.

Este enfoque es exponencial en el número de celdas eliminadas, pero constante en el tamaño de la cuadrícula. Sería interesante que se pudiera generalizar a las celdas borradas rectángulos ya que entonces cada uno de los ejemplos de tu amigo sería tratable.

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No estoy familiarizado con la inclusión-exclusión. ¿Puede indicarme la dirección correcta para llegar a una fórmula para 3-4 celdas eliminadas?

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