@ 2021.01.17 , 23:59

脑力小体操:重回初三

上一期 最有效率的实验规划

我们要使用精密仪器测量某种外星材料的硬度。

样本只有两块,默认它们的硬度是一样的。

测量的时候,把其中一块放到精密仪器里,然后我们控制旋钮,在从1到99的范围里选一个数。选好后,仪器就对材料施加相应数字单位的破坏力。

我们要找出材料被破坏时的临界值。比如说,在58个单位的时候,材料毫无变化,然后旋到59,材料就碎了。这个58就是我们所要的。

当然,比较笨的方法自然是从1开始,逐级上升,肯定能找到答案。

现在的问题是,根据实验操作规定,因为仪器非常娇贵,要求用最少的次数完成测量。

具体解释一下什么叫“最少的次数”。(此处经评论提醒,做了修改)

比如说,我们可以直接从50开始,如果材料没碎,则直接75;反之碎了的话,因为仅剩1块样本,所以只能从头开始小心地逐级来。但如果最开始没有碎,那跳到75,这时碎了的话,我们就用第二块从51开始,那至多再来24次就能得到确定的结果。但是,充分利用两个样本,调整初始值,可以减少最差情况下的测量次数。

再具体点,就延续上述例子,问:我们应该从哪个数值开始测量,使得即便在最糟的情况下,以最少的次数通过测量。

因为原始问题本身非常著名,很多朋友给出了正确答案,或者用程序演算过。

选用最先评论的wavebat:

第一次测量14,如果碎了,从1测量到13,最坏共计1+13=14次
(如果14没碎)第二次测量14+13(=27),如果碎了,从15测量到26,最坏共计2+12=14次。。。以此类推
因为14+13+…+1=105>100,可以覆盖所有可能,13开始这个方法就不够了
所以这个方法最坏是14次,不知是否有更小的

其实可以给出数学证明,14是最佳的。

还有个考虑现实测量科学规范的评论值得一说(by Bim):

评论里大家算出了答案,这里我考虑到一个点:根据题意和实际情况判断,这个外星物质我们对它的硬度一无所知,而测试仪器无论精度是 1~99 还是其它,第一次测试都必须是用 1 测试。如果测试仪器的最低力量都会把材料弄碎,那么这个测试就没有意义,还会失去两个珍贵的材料。
所以结论最低测试次数为 n+1。
测量的科学首先就是保证使用正确的测量仪器,不然测量实验也无从谈起。
以上只是我结合题意和考虑到现实情况的一点小小见解,有不正确的地方轻喷,如果只是单纯从理论出发的话请无视吧^_^


今天来点特别的:重回初三的新年数学
脑力小体操:重回初三

这个题妙就妙在改个年份,每年都能出。还非常应景。

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