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Posts from the ‘Interesting Maths’ Category

12
Oct

Berry’s Paradox

这个应该怎么翻译?“贝瑞悖论”不是那么顺口,为了看起来诱人一点就把它称为“莓悖论”好了。

今天又看到有人在讨论这个问题:

定理:所有的数都可以用 20 个以内的汉字表达(比如 25852016738884976640000 可以表达为“二十三的阶乘”, 100000000000000000000000 可以表达为“一后面二十三个零”)
证明:反证,假设存在不能用 20 个以内的汉字表达的数,则必有一个最小的不能用 20 个以内的汉字表达的数,而这个数已经用“最小的不能用 20 个以内的汉字表达的数”表达出来了,矛盾。

当然这里的“数”应当限定为自然数,这个不是本质问题。至于本质问题是什么,我纠结了一下午也没想明白;有人说是罗素悖论的变形,不过我觉得跟罗素悖论还不太一样,因为这里不存在一个自我包含的东西。于是只好求助了伟大的维基百科

大概研究了一下这个页面和它的一个参考文献,就我的理解,基本上问题是这样的:“表达”这个词的含义是不明确的/自我指涉的。用自然语言表达一件事情,首先需要限定语境,也就是约定俗成的背景知识。例如,“一百四十三”可以认为是一个所有人都认识的表达,而“本站IP的最后一段”就不能取得类似的认同。“π的第10^100至第10^101位数”介于两者之间,因为它表达了一个客观确定的东西,但人们却不知道它是多少。

那么,在自然语言中,“表达”就可以分为不同的层面,我们称之为{表达0, 表达1, 表达2, …}。不能用二十个汉字表达0的数,可能可以用20个汉字表达1。当然,你可以限制定理中所说的“表达”是哪个层面上的。但是我们这样重写一下这个定理及其证明就会发现问题:

定理:所有的数都可以用 20 个以内的汉字表达i(比如 25852016738884976640000 可以表达i为“二十三的阶乘”, 100000000000000000000000 可以表达i为“一后面二十三个零”)
证明:反证,假设存在不能用 20 个以内的汉字表达i的数,则必有一个最小的不能用 20 个以内的汉字表达i的数,而这个数已经用“最小的不能用 20 个以内的汉字表达i的数”表达j出来了,矛盾。

发现问题了么?几乎所有的“表达”都可以换成“表达i”,但唯独最后一个“表达”不能换成“表达i”。为什么呢?因为表达j应用了表达i所生成的知识,它必须处于表达i的外围。如果 i=j, 那么就犯了循环论证错误,和“一个自然数被称为奇数当且仅当它相邻的自然数不是奇数”一样荒谬。而如果 ij, 那么这个所谓的“证明”过程是推不出矛盾来的,“定理”也并不成立。

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27
Sep

如何在没有卡牌的情况下玩三国杀

考虑这样一个问题:有两个无聊的人想玩三国杀,但是没有卡牌,他们彼此并不信任对方(我说我摸到了连弩 对面非要说他手上已经有两张连弩了..)。有没有可能仅通过面对面说话来实现扑克牌协议,并且保证游戏的公正性呢?

扑克牌的信息隐蔽性带来了很多与密码学协议相关的有趣问题。两个象棋大师可以在洗澡间一边冲澡一边大喊“炮八平五”、“马八进七”,一对围棋情侣可以在床上一边亲热一边呻吟“点三三”、“拆二”。等事情办完了,一盘精彩的棋局或许也就结束了。这些棋类游戏之所以可以“盲下”,就是因为在棋类游戏中,双方的局面信息都是完全公开的。不过,打牌就是另外一码事了。你说你出方片7,我怎么知道你有一个方片7?事先发牌?那谁来负责发牌呢?怎样发牌呢?难道我告诉你“发到你手中的是两张3一张5一张8一张9”?这样一看,两个人“盲打扑克牌”似乎是不可能的了,要么需要借助道具,要么需要第三者的帮助。不过,运用密码学知识,我们可以设计一套扑克牌协议,该协议能够实现随机的、隐蔽的、公平的发牌,并且不需要其它东西的帮助。我们以一手五张牌为例,说明如何实现“两人各摸五张牌”的程序。
我们首先来看这里面的一个趣题:

“A、B两人分别在两座岛上。B生病了,A有B所需要的药。C有一艘小船和一个可以上锁的箱子。C愿意在A和B之间运东西,但东西只能放在箱子里。只要箱子没被上锁,C都会偷走箱子里的东西,不管箱子里有什么。如果A和B各自有一把锁和只能开自己那把锁的钥匙,A应该如何把东西安全递交给B?
答案:A把药放进箱子,用自己的锁把箱子锁上。B拿到箱子后,再在箱子上加一把自己的锁。箱子运回A后,A取下自己的锁。箱子再运到B手中时,B取下自己的锁,获得药物。”

我们的基本思路就是这样。不妨用数字1到54来表示54张牌。发牌前,A在每个数字前附着一个随机字符串前缀,然后给每个字符串都加上一把锁,把54张加密的扑克牌传给B。B收到了扑克牌一看,傻了,这些牌他一张也不认识,每张牌上面都有A的锁。B从里面挑选5张牌出来。他自己不知道这5张牌是什么,但是他也不能让A知道,于是他在这5张牌上再各加一把锁,传给A。A可以解开自己当初上的那把锁,但牌上还有一把锁,A拿它没办法,只能原封不动地传回去。B把剩下的锁解开,得到自己的5张牌。然后呢,B手上不是还剩了49张牌吗?B从中随便挑5张出来给A,由A解开上面的锁,得到A的5张牌。
听起来很完美,但实现起来并不简单。 Read moreRead more

13
Sep

网络舆情影响力指数

前两天的数学建模题太sb了..作为我们模型的副产品,我们搞出了一套网络舆情影响力指数的模型,而且我们把中国各大高校作为关键词做了一个影响力排名,结果还是非常靠谱的,北大以绝对优势夺得第一的位置~。。下面这个框可供大家随便搜索任何关键词自己试试。。
下面是我们计算出的大学排名:
1 北京大学 85.895833 62 上海财经大学 16.195876
2 中国人民大学 55.535354 63 东北师范大学 15.937500
3 清华大学 55.454545 64 北京中医药大学 15.680412
4 浙江大学 53.090000 65 郑州大学 15.563830
5 上海交通大学 45.765306 66 中央美术学院 15.368421
6 复旦大学 44.464646 67 合肥工业大学 15.149425
7 南京大学 37.808081 68 中南财经政法大学 14.907216
8 中山大学 36.395604 69 河海大学 14.896907
9 电子科技大学 36.314607 70 上海第二医科大学 14.810000
10 武汉大学 36.185567 71 华南师范大学 14.727273
11 西安交通大学 35.921348 72 西北工业大学 14.595745
12 同济大学 35.780000 73 东华大学 14.494949
13 华中科技大学 34.413793 74 北京工业大学 14.459184
14 西南交通大学 34.358696 75 江南大学 14.434343
15 四川大学 31.831579 76 湖南大学 14.382979
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14
Aug

零知识证明

战争中你被俘了,敌人拷问你情报。你是这么想的:如果我把情报都告诉他们,他们就会认为我没有价值了,就会杀了我省粮食,但如果我死活不说,他们也会认为我没有价值而杀了我。怎样才能做到既让他们确信我知道情报,但又一丁点情报也不泄露呢?

这的确是一个令人纠结的问题,但阿里巴巴想了一个好办法,当强盗向他拷问打开山洞石门的咒语时,他对强盗说:“你们离我一箭之地,用弓箭指着我,你们举起右手我就念咒语打开石门,举起左手我就念咒语关上石门,如果我做不到或逃跑,你们就用弓箭射死我。”

强盗们当然会同意,因为这个方案不仅对他们没有任何损失,而且还能帮助他们搞清楚阿里巴巴到底是否知道咒语这个问题。阿里巴巴也没损失,因为处于一箭之地的强盗听不到他念的咒语,不必担心泄露了秘密,而且他确信自己的咒语有效,也不会发生被射死的杯具。

强盗举起了右手,只见阿里巴巴的嘴动了几下,石门果真打开了,强盗举起了左手,阿里巴巴的嘴动了几下后石门又关上了。强盗还是有点不信,说不准这是巧合呢,他们不断地换着节奏举右手举左手,石门跟着他们的节奏开开关关,最后强盗们想,如果还认为这只是巧合,自己未免是个傻瓜,那还是相信了阿里巴巴吧。

“零知识证明”说的是示证者向验证者表明他知道某种秘密,不仅能使验证者完全确信他的确知道这个秘密,同时还保证一丁点秘密也不泄露给验证者。阿里巴巴的这个方案,就是认证理论“零知识证明”的一个重要协议。

除了被俘后如何靠情报保命这个问题,零知识证明在社会领域中还有着很多应用场合。例如你证明了一个世界级的数学难题,但在发表出来之前,总是要找个泰斗级的数学家审稿吧,于是你将证明过程发给了他,他看懂后却动了歪心思,他把你的稿子压住,把你的证明用自己的名义发表,他名利双收,你郁闷至死,你去告他也没用,因为学术界更相信的是这位泰斗,而不是你这个无名之辈。

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7
Apr

椅子的稳定性问题

4条腿长度相等的椅子放在起伏不平的地面上,问是否一定可以找到一个位置使得四条腿同时着地而放稳?

这个问题我在初中的时候就听赵一夫跟我说起过,当时觉得这问题太诡异了,怎么下手啊。今天再一次见到仍然觉得无从下手,看了答案之后顿觉奇妙。答案是肯定的,一定可以找到一个位置使得椅子放稳!

题目的条件先解释一下,4条腿长度相等实际上告诉了我们这4条腿的顶点是共面的。看了网友的回复,确实题目里有隐含条件需要明确地写出来:(1)椅子是正方形的...(2)四条腿的长度相对于地面的起伏来说足够长...(3)只要四条腿同时着地就称之为放稳(即认为地面的摩擦系数无穷大)...(4)起伏不平的地面我们要把它理解成是一个连续的二元函数。

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16
Mar

由哥白尼原理推导人类文明灭亡时间

/*这篇文章的主要内容由热学欧阳颀老师所讲 出自某期New York Times*/

下面要进行的一段推导,将十分诡异,可能有点莫名其妙的感觉,不过还是请完整看下去~
首先说一下什么是哥白尼原理。

Copernican principle:
The best theories are those that do not require the observer to live in a special place in the universe or at a special time in history in order to be true.

也就是说,一个好的理论必须满足,我们既不在宇宙中的一个特殊位置,也不处在一个特殊的时间。这个原理我想大家都可以承认吧。

为了热身,我们先推导一下柏林墙倒塌的时间。

柏林墙于1961年建立,而原文章作者Dr. Gott偶然地于1969年去了一趟柏林墙,此时柏林墙已经存在了8年。

上图中,第一行整体表示柏林墙从建立到最终倒塌的整个生命历程。其中中间50%被染成紫色,这个50%是作者自己设定的,他将给出一个时间区间,而柏林墙倒塌的时间在这个区间里面的概率为50%。

根据哥白尼原理,作者访问柏林墙的这个事件是完全随机的,它落在上图第一条线段上任何一个点的概率是均匀分布的,因此这个点落在紫色区域的概率是50%,也就是说,他去访问柏林墙的时间点处在柏林墙整个生命历程的25%~75%之间的概率是50%。

若他访问的时刻位于第二条直线上的Now位置,也就是说,处于柏林墙生命历程的25%处,那么由此推算,柏林墙的寿命将还有24年(8年占25%,则剩下75%代表24年)。

若他访问的时刻位于第三条直线上的Now位置,也就是说,处于柏林墙生命历程的75%处,那么可以算出,柏林墙的剩余寿命将只有8/3年(8年占了75%,剩下的25%只有8/3年)。

因此,他访问的时刻位于紫色区域时,推算出的柏林墙剩余寿命是在8/3年~24年之间的,因此他声称,柏林墙在未来8/3~24年内倒塌的概率是50%。

当然他也可以把一开始的概率设置成60%或者其他数字,这样将推算出来另一个时间区间,柏林墙生命历程终止于这个新时间区间的概率将为60%。

最终,柏林墙于1989年倒塌。其实,作者写这篇文章的时候已经是90年代了...

下面,他又用同样的方法,给出了人类文明灭亡时间的推算。

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