百囚猜帽

来源 :数学大王·趣味逻辑 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoqiudyy1988
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  某监狱里有100位囚犯,他们即将被执行死刑,但恰逢那天是国王的生日,国王打算给他们一次赦免的机会。
  100位囚犯坐成一列,每人戴上一顶白色帽子或者黑色帽子。坐在最后面的囚犯能够看到前面99位囚犯所戴的帽子颜色,而坐在最前面的那位囚犯看不到其他人的帽子颜色。接着,看守会从后往前依次叫这些囚犯猜测自己头顶上的帽子颜色。如果哪位囚犯猜对了,他就自由了。对了,别人猜测的时候其他人都能听见。除此之外,一旦开始猜测,他们不可以有任何交流。
  瞎猜?显然这是不可取的策略,因为每个人猜对的可能性只有二分之一,这太冒险了。于是,囚犯们聚集在一起商量策略,想办法让猜对的人数最多。
  无从下手,尝试简化
  假设现在只有囚犯A和B,A在第一个位置,而B在第二个位置。那么,他们可以使用这样的策略:B先猜A的帽子颜色,A听到B猜什么颜色就猜什么颜色。这样就能保证A的猜测是对的,不过B只有50%的概率猜对。
  倘若增加到3位囚犯,我们看看有没有办法保证至少有2位囚犯猜对。
  假设3位囚犯从前到后依次是A、B、C,C猜B的帽子顏色,然后B猜,而A收不到任何有用信息,他只能瞎猜,这样只能保证B是对的。显然,2位囚犯的策略已不再适用3位囚犯的情况,需要更换策略。可不可以根据奇偶性来进行猜测呢?
  如果C看到A和B共有奇数顶白色帽子,就猜“白色”;如果C观察到A和B共有偶数顶白色帽子,就猜“黑色”。等C猜完后,那么B就知道他和A是有奇数顶白色帽子还是偶数顶白色帽子,然后他再看A戴的是白色帽子还是黑色帽子,就可以确定自己的帽子颜色了。对于A来说,他知道自己和B戴的白色帽子总数的奇偶性,也知道B戴的是白色帽子还是黑色帽子,那么他就能轻而易举地推测出自己头顶上的帽子颜色了。
  从上面的分析中,我们知道该策略保证了A和B都能猜对自己头顶上的帽子颜色,而C有50%的概率猜对。
  举实例,分步验证
  理论上,根据颜色、帽子数量来猜测的策略是可行的。但将其运用到实际中,是否可行呢?我们来看看。
  不妨假设3位囚犯和其所戴的帽子颜色如下表:
  关于策略有这样的规则:
  1.最后一位囚犯计算前面所有白色帽子的数量。如果是奇数,他就猜“白色”;如果是偶数,他就猜“黑色”。
  2.除了最后一位囚犯,其他囚犯全部优先自保。
  下面,囚犯们开始执行策略。
  第三位囚犯,他看到了一顶白色帽子和一顶黑色帽子。也就是说,白色帽子数量为奇数,所以他猜“白色”。
  第二位囚犯,他听到了“白色”,也就知道了白色帽子有奇数顶,而自己看到一顶白色帽子。所以,他知道自己头顶上的帽子为黑色,于是他猜“黑色”。
  第一位囚犯,他知道了白色帽子有奇数顶,又听到第二位囚犯猜了“黑色”。所以,他知道自己头顶上的帽子为白色,于是他猜“白色”。
  由上表可知,该策略能保证至少有2位囚犯猜对帽子颜色,也就是说策略可行。
  人数增多,同样适用
  人数增多,策略还是否适用呢?我们将这种策略推广到100位囚犯身上——如果最后一位囚犯看到前面所有囚犯有奇数顶白色帽子,就猜“白色”,否则猜“黑色”,然后前一位囚犯观察他前面的囚犯所戴白色帽子的数量,做减法就能知道自己头顶上的帽子颜色了,以此类推。
  假设现在最后一位囚犯数出前面一共有52顶白色帽子,于是他猜“黑色”。没人知道他的帽子颜色,所以他只有50%的存活可能。但他猜的“黑色”却给前面的人提供了许多帮助。
  到倒数第二位囚犯,他也数了前面98位囚犯戴的白色帽子的数量。如果数出偶数,他就猜“黑色”;如果数出奇数,他就猜“白色”。也就是说,如果倒数第二位囚犯数出前面有52顶白色帽子,那么他就能推出自己戴的是黑色帽子;如果他数出前面有51顶白色帽子,那么他就能推出自己戴的是白色帽子。这样他既救了自己,又为前面的人提供了可靠的信息,一举两得。
  依次下去,至少99位囚犯可以被释放。这种策略显然是可行的,不过对于最后一位囚犯来说,他猜对猜错全靠运气了。
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