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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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:
1
5
9
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
12
08
13
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!
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: