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动画编剧顺手解决数学难题,甚至发了论文

一集《飞出个未来》动画片,催生了一个数学证明。

这集设定围绕一台意识和身体互换的机器。但这台机器有个限制——同一对身体,不能再换第二次。

这就让问题一下子变成了数学问题。

随着越来越多角色参与交换,9个角色用了7次机器。每个人的身体和意识都被打乱了。

问题来了:

大家都想换回原样,但原先交换过的两个人,不能再直接互换一次。那到底要怎么把所有人都“解开”?

写这集的编剧Ken Keeler本身有数学PhD。所以他把这个问题当成数学题来做:

如果有n个人进行了混乱的交换,至少需要增加多少个新角色,才能让所有人恢复正常?

最终,他证明了一个结论:

无论有多少人参与交换,只需要额外加入2个人,就一定能解决这个问题。

引入的两个新角色,通常记成x和y。然后把原来那一大团混乱,拆成若干段,分别借助x和y做中转,一步步把错误位置挪回去。因为这两个“中转角色”之前没有和任何人交换过,所以不会触发“同一对不能交换第二次”的限制。

在动画剧情里,整件事最后用了13步才把所有人复原。但从数学上说,这还不是最优解。后来的研究指出,这一局面最少只需9步就能完成。

Ken Keeler当年做出这个证明之后,自己并没有太当回事。后来几位数学家Ron Evans、Lihua Huang和Tuan Nguyen在2014年把这个结果整理、改进并发表到了American Mathematical Monthly。

动画编剧为了给一集科幻喜剧收尾,顺手填补了一个数学空白,把原本没有答案的问题,变成了可以写进论文的证明。

《飞出个未来》不仅拿科学当背景,还真的把研究带进了剧情。