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小学数学“过桥问题”,好多大学生都不会,会的都是当领导的料!

小学数学“过桥问题”,好多大学生都不会,会的都是当领导的料!

作者: 成就数学 | 来源:发表于2019-05-29 10:14 被阅读3次

    华罗庚在《统筹方法》里

    提到一个泡茶的问题:

    想要泡茶,需要

    拿茶叶(1分钟),洗茶杯(2分钟),

    洗茶壶(1分钟),洗开水壶(1分钟),

    烧开水(15分钟),泡茶(2分钟)。

    怎样才能最快喝上茶?

    如果按照上面的顺序依次做这几件事,

    就需要1+2+1+1+15+2=22分钟。

    但是我们知道,

    烧开水的15分钟里,人是可以做其它事的,

    那么我们把这几件事的顺序改成:

    洗开水壶→烧开水→拿茶叶→洗茶杯→洗茶壶→泡茶

    这样总共要花的时间只需要:

    1+15+2=18分钟

    烧开水的同时,

    拿茶叶、洗茶杯、洗茶壶这3件事也做完了,

    这就省下了4分钟。

    华罗庚用这个例子启示我们:

    合理地安排做事情的步骤,

    让多件事情同时进行,

    是可以节省时间的。

    接下来我们来看“过桥问题”:

    在漆黑的夜里,

    甲乙丙丁共四位旅行者来到了

    一座狭窄而且没有护栏的桥边。

    如果不借助手电筒的话,

    大家是无论如何也不敢过桥的。

    不幸的是,

    四个人一共只带了一只手电筒,

    而桥窄得只够让两个人同时过。

    如果各自单独过桥的话,

    四人所需要的时间分别是1、2、5、8分钟;

    而如果两人同时过桥,

    所需要的时间就是

    走得比较慢的那个人单独行动时所需的时间。

    这四个人怎样能最快速地过桥?

    简单点说,

    就是4个人过桥,一次最多过两个,

    过去之后还要一个人拿手电筒回来,

    后面的人才能过桥。

    我们分析一下这个过程:

    4个人要从桥右边过到桥左边(右4)

    ①两个人先过到左边(左2右2,手电在左)

    ②左边一个人拿手电返回右边(左1右3,手电在右)

    ③右边两人过左边(左3右1,手电在左)

    ④左边一个人拿手电返回右边(左2右2,手电在右)

    ⑤右边最后两人过左边(左4)

    所以至少要过去3次,回来2次,

    也就是要计算5次过桥时间的总和。

    那么问题来了,

    怎么安排过桥的顺序呢?

    我们要注意这个问题里的一个条件:

    四个人通过的时间不同,

    假设甲、乙、丙、丁分别用时1、2、5、8分钟。

    考虑到要返回来送手电筒2次,

    所以按照直觉,

    返回的人走得越快越好,

    那么应该让走得最快的甲返回来两次。

    我们可以得出方案:

    ①甲、乙过桥(2分钟)

    ②甲回来(1分钟)

    ③甲、丙过桥(5分钟)

    ④甲回来(1分钟)

    ⑤甲、丁过桥(8分钟)

    总耗时:2+1+5+1+8=17分钟。

    结束了吗?

    现在我告诉你,

    最快只需要15分钟

    4个人就可以全部通过。

    那么怎么样才能更快?

    或者我们先反过来想,

    刚才的方案,哪里导致了时间浪费?

    你想想,甲本来1分钟就能过桥的,

    他陪丙走了5分钟,

    然后陪丁走了8分钟,

    如果我是甲,我都觉得着急!

    能不能让丙和丁一起过桥呢?

    这样就可以省了丙过桥必须的5分钟!

    好,我们就按这个思路想下去:

    如果要丙和丁一起过桥,

    那么应该避免他们两人送手电筒回来,

    不然时间就更长了。

    首先,丙和丁不能一开始就过桥,

    因为只有他们两个过去了,

    必须由他们其中之一送手电筒回来。

    那么丙和丁能不能是最后两个过桥呢?

    我们回想一下过桥的步骤,

    最后两人过桥的前一步,

    是有一个人送手电筒回来,

    最后这个送手电筒的人和余下的一人

    一起过桥。

    如果丙和丁是最后过桥,

    那么他们其中之一也要送手电筒。

    所以,

    丙和丁只能在第③步,

    也就是中间的时候一起过桥。

    那么,方案可以这样设计:

    ①甲、乙过桥(2分钟)

    ②甲回来(1分钟)

    ③丙、丁过桥(8分钟)

    ④乙回来(2分钟)

    ⑤甲、乙过桥(2分钟)

    总耗时:2+1+8+2+2=15分钟。

    这个方案的巧妙之处在于

    走得最快的先把第二快的送过去,

    让第二快的人也帮忙送手电筒,

    多舍了往回送的1分钟,

    换取时间较长的两人一起过桥。

    这样最终节省了时间。

    你可能会觉得,

    干嘛费这么大劲计算这个,

    就为了节省2分钟?

    然而,在规模化生产中,

    如果找到一种更好的方案,

    能节省13%的成本,

    那将会省下一大笔开支呢!

    这个“过桥问题”虽是有意设计的,

    却也体现了运筹学的基本思想,

    即在限定条件下寻求最优解

    现在再留一个问题:

    还是同样的过桥情景,

    如果变成甲、乙、丙、丁、戊5个人过桥,

    他们过桥时间分别是1、5、6、8、12。

    其它条件不变。

    时间最短的方案是什么呢?

    这个“过桥问题”你能解决吗?

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