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幻方问题正方形有16方格,填1-16数字,每一横行、竖行、斜行四数和都为34

(2011-01-17 22:12:03)
标签:

正方形

竖行

方格

横行

个数

教育

分类: 学子园地

属于幻方问题,可以利用偶数阶幻方构造法:

1 自左至右自上至下排列:
  4
  8
10 11 12
13 14 15 16

2 对角线不动,其余中心对称变换即得
(例如:1,4,6,7,10,11,13,16不动;2和15换,8和9换,等等):

 

01     15     14     04
12     06     07     09
08     10     11     05
13     03     02     16

 

或:

8,11,14,1
13,2,7,12
3,16,9,6
10,5,4,15

四阶幻方有几种解法

这个问题有不确定性,暂时只是了解到5种。

解法1.(对称交换法) 
1.求幻和 
(1 2 …… 16)÷4=34 
2.
⑴将1~16按自然顺序排成四行四列;
⑵因为每条对角线上四个数之和恰为幻和,保持不动. 
⑶将一四行交换、二三行交换,但是对角线上八个数不动。 
⑷将一四列交换、二三列交换,但是对角线上八个数不动。

(1) 
1  2  3  4 
5  6  7  8 
9  10 11 12 
13 14 15 16 

(2)
1 14  15  4 
9  6  7  12
5  10  11 8
13  2  3 16 

 
(3) 

1  15 14 4 
12  6  7 9 
8  10 11 5 
13  3 2 16 


解法2.(田格图阵法) 
1.将1~16平均分为4组,每组4个数的和均为幻和34.(多种分法)如: 
1 12 7 14=2 11 8 13=3 10 5 16=4 9 6 15=34. 
2.分别填入4个田字格,两行之和分别为13与21. 
3.将4个田格合并,再适当转动各田格,得到满足要求的幻方.


解法3:(推理法)
    常用,虽然速度不是很快。其实就是在1~16这16个数找到四个数相加为34的数填在四阶幻方的正中间,然后按照一定的推理方法填入其它空格内。
(方法挺笨重,但挺实用的)

解法4:(方程法)
    四阶幻方,可以有设置5个未知数到里面,只要代进其中的数,可以推出其它的数,具体设置位置,可以看下附图(应该上传的得了)

解法5:程序法
    机的运算速度非常快,所以采用程序计算可以很快得到,至于什么样的程序,可以根据很多不同的算法得到每一种方法。举个例子,用程序法解三阶幻方,可以用“楼梯法”的精髓思想,也可以用“杨辉法”的精髓思想。

期待其他知友补充更多答案!
幻方问题正方形有16方格,填1-16数字,每一横行、竖行、斜行四数和都为34

附;南宋数学家杨辉,在他著的《续古摘奇算法》里介绍了这种方法:只要将九个自然数按照从小到大的递增次序斜排,然后把上、下两数对调,左、右两数也对调;最后再把中部四数各向外面挺出,幻方就出现了。 (摘自《趣味数学辞典》)
  最简单的幻方就是平面幻方,还有立体幻方、高次幻方等。对于立体幻方、高次幻方目前世界上很多数学家仍在研究,现在只讨论平面幻方。 
  对平面幻方的构造,分为三种情况:N为奇数、N为4的倍数、N为其它偶数(4n+2的形式) 
  ⑴ N 为奇数时,最简单 
  (1) 将1放在第一行中间一列; 
  (2) 从2开始直到n×n止各数依次按下列规则存放: 
  按 45°方向行走,如向右上 
  每一个数存放的行比前一个数的行数减1,列数加1 
  (3) 如果行列范围超出矩阵范围,则回绕。 
  例如1在第1行,则2应放在最下一行,列数同样加1; 
  (4) 如果按上面规则确定的位置上已有数,或上一个数是第1行第n列时, 
  则把下一个数放在上一个数的下面。 
  ⑵ N为4的倍数时 
  采用对称元素交换法。 
  首先把数1到n×n按从上至下,从左到右顺序填入矩阵 
  然后将方阵的所有4×4子方阵中的两对角线上位置的数关于方阵中心作对 
  称交换,即a(i,j)与a(n-1-i,n-1-j)交换,所有其它位置上的数不变。 
  (或者将对角线不变,其它位置对称交换也可) 
  ⑶ N 为其它偶数时 
  当n为非4倍数的偶数(即4n+2形)时:首先把大方阵分解为4个奇数(2m+1阶)子方阵。 
  按上述奇数阶幻方给分解的4个子方阵对应赋值 
  上左子阵最小(i),下右子阵次小(i+v),下左子阵最大(i+3v),上右子阵次大(i+2v) 
  即4个子方阵对应元素相差v,其中v=n*n/4 
  四个子矩阵由小到大排列方式为 ① ③ 
  ④ ② 
  然后作相应的元素交换:a(i,j)与a(i+u,j)在同一列做对应交换(j<t或j>n-t+2), 
  a(t-1,0)与a(t+u-1,0);a(t-1,t-1)与a(t+u-1,t-1)两对元素交换 
  其中u=n/2,t=(n+2)/4 上述交换使每行每列与两对角线上元素之和相等。 
###    在填幻方前我们做如下约定:如填定数字超出幻方格范围,则把幻方看成是可以无限伸展的图形,如下图: 
  Merzirac法生成奇阶幻方 
  在第一行居中的方格内放1,依次向右上方填入2、3、4…,如果右上方已有数字,则向下移一格继续填写。如下图用Merziral法生成的5阶幻方: 
幻方问题正方形有16方格,填1-16数字,每一横行、竖行、斜行四数和都为34

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