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La expansión y la comprensión de las píldoras de veneno riddle

Usted puede haber oído de el enigma que le pide que identifique un falso píldora (envenenado) entre 12 pastillas de apariencia idéntica, con el falso píldora de ser más ligero o más pesado que los otros. Usted tiene un par de comparativas escalas a su disposición, pero deben utilizar sólo tres veces. (Para aumentar el suspenso, la vida de sus amigos dependen de su correcta y oportuna solución de este problema).

Me gustaría hablar de los principios básicos de la teoría de la información y el uso de los resultados de la discusión para ampliar el enigma.

Como he descubierto, también es posible resolver este acertijo si usted tiene 13 pastillas, uno de ellos envenenados. Edit: Esto sólo funciona si usted no tiene que saber si la píldora envenenada es más pesado o más ligero que los demás (sin embargo puede ser desconocida).

El tema clave en la solución de este acertijo es organizar los escalamientos de conseguir la mayor cantidad de información posible en el peor de los casos. Considerar la idea de escala de 6 pastillas contra otros 6 pastillas. Si tienen el mismo peso, usted puede estar 100% seguro de que el 13 de píldora es la falsa (en el mejor de los casos), pero si su peso es diferente, han aprendido casi nada (es decir, que el 13$^{th}$ píldora no es envenenado, y que 6 específicos píldoras son más pesados que el 6 otros).

El contenido de la información de un evento es inversamente proporcional a su probabilidad, así como es muy probable (12:1) que el 13$^{th}$ píldora no es el falso, el peor de los casos el contenido de la información es baja. Como hay tres resultados posibles en un proceso de escalado (izquierda es más pesado, el derecho es más pesado, y con el mismo peso) se debe empezar por poner alrededor de un tercio de las pastillas de distancia, en el primer proceso de ponderación.

Además, usted tiene que asegurarse de obtener la mayor información posible de cada proceso de ponderación. Para empezar, que significa que usted no debe hacer la misma ponderación dos veces (obvio, ¿no?). En su lugar, reorganizar las pastillas en una forma sistemática para permitir el resultado del pesaje para reflejar los distintos escenarios posibles. I. e, si usted ha identificado un grupo de 4 pastillas como "la luz" después de que el primer pesaje, poner uno a un lado, sustituir uno con un "pesado", uno con una forma segura "unpoisoned" y dejar que uno de la misma escala de pan como era antes, y observar lo que el cambio esta causa.

Siguiendo estas reglas, será muy fácil para averiguar la solución a este acertijo, al menos eso es mucho más fácil que probar todas las combinaciones posibles de pesajes y se preguntaba si el que le dio la información suficiente para identificar el falso pastilla o no.

Pregunta 1: Estas "reglas" parecen intuitivas para mí, pero me pregunto si hay algo más sólido de la teoría de la información detrás de ellos?

También, desde el más complejo acertijo es una mejor acertijo, me pregunto ¿cuántas píldoras podrían ser la prueba de una falsa píldora, si había 4 pesajes? (Pregunta 2). Es evidente que existe una cantidad mínima, por lo que una solución puede ser fácilmente encontrado: 25. La solución más fácil es: Poner 13 pastillas de lado y pesan de 6 contra 6. Si tienen el mismo peso, continúe con los 13 restantes pastillas como el anterior. Si tienen diferente peso, proceder con el 12 pastillas como el anterior. Sin embargo, se desperdicia una gran cantidad de información, por lo que supongo que debe ser posible con un número mucho mayor de pastillas, aunque no sé cómo encontrar el número.

Mi tercera pregunta es ¿en qué grado sería la complejidad de este problema subida si hubo 2 envenenado píldoras falsas (ya sea del mismo o de potencialmente diferentes de peso)?

Los mejores deseos, Martin

8voto

JiminyCricket Puntos 143

No es cierto que se pueden resolver con $13$ pastillas, esta página explica por qué.

Usted puede obtener un límite superior en el número de pastillas para que esto se puede resolver con $k$ pesajes de la siguiente manera. Para $n$ pastillas, hay $2n$ resultados diferentes para distinguir ($1$$n$ pastillas y $1$ $2$ de posibilidades "más ligero" y "más pesado"). De peso cada uno, conseguir uno de $3$ de los resultados, así que con $k$ pesajes se puede diferenciar $3^k$ de los resultados. Por lo tanto, si usted puede encontrar un ideal de pesaje esquema que el resto de los posibles resultados se distribuyen de la forma más equitativa posible entre los tres resultados de cada pesaje, usted puede solucionar el problema por $\lfloor3^k/2\rfloor$ pastillas con $k$ pesajes. Para $3$ pesajes, da una cota superior de a $13$ pastillas, por lo que esta obligado no está ajustado, ya que el problema puede, de hecho, sólo se pueden resolver por $12$ pastillas. Para $4$ pesajes, este rendimientos $40$ pastillas, pero de un momento de reflexión muestra que este es, de hecho, no tienen solución, por una razón similar como el $k=3,n=13$ de los casos.

Usted también podría estar interesado en esto: Encontrar cuatro números.

5voto

Martin OConnor Puntos 116

Los problemas de este tipo caen en la categoría de lo que se llama "la combinatoria del grupo de pruebas." El estándar de referencia parece ser la Combinatoria del Grupo de Prueba y Sus Aplicaciones, por Du y Hwang. En el Capítulo 16 se hable de su problema. No tengo acceso a todo el capítulo a través de la búsqueda de libros de Google, pero, para la Pregunta 1, hay alguna mención de la teoría de la información. El libro ofrece otras referencias que probablemente son los que vale la pena visitar también.

Con respecto a la Pregunta 2, el autor de este documento afirma que se puede determinar cuál de $n$ pastillas es la falsa en $k$ pesajes si y sólo si $n \leq (3^k-1)/2$, $n \neq 2$. (Añadido: La OEIS entrada para estos números confirman este hecho.) Para 4 pesajes, que le dará un máximo de 40 pastillas. También afirma haber resuelto varias variantes de este problema, en el que (1) saber o no saber si realmente hay una píldora envenenada, (2) saber o no saber si un falso píldora es más pesado o más ligero que un genuino, (3) tener 0, 1, o infinitamente muchas otras píldoras de la que usted sabe que son genuinos, (4) hacer o que no han de identificar si la píldora es más pesado o más ligero, y (5) debe planificar todos los pesajes por adelantado o no.

Una ligera variación en la Pregunta 3, Du y Hwang dar los siguientes resultados para el caso en que usted sabe que las píldoras falsas son más ligeros. Si hay $d$ píldoras falsas, $n$ total pastillas, y $g(d,n)$ es el mínimo número de pesajes necesaria para identificar la $d$ de los falsos, a continuación, $$g(2,n) = \left\lceil \log_3 \binom{n}{2} \right\rceil,$$ $$\left\lceil \log_3 \binom{n}{3} \right\rceil \leq g(3,n) \leq \left\lceil \log_3 \binom{n}{3} \right\rceil+2,$$ $$\left\lceil \log_3 \binom{n}{d} \right\rceil \leq g(d,n) \leq \left\lceil \log_3 \binom{n}{d} \right\rceil+ 15d.$$

Dicen que la prueba de la $g(2,n)$ resultado es muy complicado caso-por-caso argumento. Su Pregunta 3 es un poco más difícil de lo que esta, y no puede ser de cualquiera de resultados conocidos. Se le puede dar algunos resultados más sobre la variación que se pide de manera específica, aunque, me gustaría localizar una copia impresa del libro.

2voto

zyx Puntos 20965

Los argumentos de la teoría de la información y la teoría de la codificación dar un fuerte límites, a menudo dentro de un pequeño aditivo constante (independiente de la $n$ = el número de monedas/pastillas/objetos) de la respuesta, pero no son óptimos en general. Para determinar el número mínimo de pesajes, o el número máximo de monedas, puede requerir una muy complicado el análisis de que es sensible a los detalles del problema, incluyendo: el número de falsos objetos, dinámico o pre-especificado pesajes, ya sea ligera o pesada estado de los falsos objetos de determinarse o sólo su identidad, y si un enemigo puede introducir errores.

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