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小时候玩搭积木,弄完以后,要装回盒子里,发现盒子的容量不够,或者重新手动安排一下,或者摇摇盒子得到一点额外的空间。
Nature上最新一期(Vol 460, 13 August 2009),有一篇Torquato and Jiao写的文章,讨论怎么在一定空间内寻找堆积的最高密度。使用的单元包括普拉图和阿基米德提出的结构单元(四面体、六面体、八面体、十二面体…,如下图所示)。之前,人们关注的比较多的是,球体的随机致密排布(Random Close Packing)。对于这些类似积木的单元,则由于问题更复杂而研究得比较少。在三维空间里,球体由于对称性,只有平移的三个自由度,而列出的结构单元则增加了转动的三个自由度。在现在这篇文章里,提到的是一种“适应收缩单元”(adaptive shrinking cell)的优化方法,利用计算机蒙特卡罗方法进行模拟,去逼近和得到理论的相对密度上限。
但是,实际问题里的堆积,往往无法达到理论上限,其中一个原因就是摩擦力的影响形成拥塞结构,而无法进一步致密。除非施加外力或者改变温度来打破形成的拥塞结构(Liu and Nagel, 1998)。
分蛋糕是一门复杂的艺术
by Matrix on 7月 25, 2009
(维基百科)
谁偷吃了一块?
这篇文章是几天前写的《分蛋糕是极其复杂的》的扩充,最近实在没空码太多字,本文也只是寥寥而作。
在数学社会学,尤其是博弈论中,Envy-free(翻译过来大概就是“没有嫉妒”或“心满意足”?)是专门指如何给N位满腹心事各怀鬼胎的人分东西,比如蛋糕、糖果,如何让每个人都感到心满意足。大概我们这些从小受孔融让梨(人家是成功人士,虽被“恶人”曹操杀了,但好歹是励志故事),尊老爱幼教育的人不以为然,但每当看到别人拿走自己眼里的“大块”蛋糕(或肉、鱼、鸡腿),是否心理会隐隐感到不快,也就是嫉妒?然后说不定还藏在心底,该天再报复一下:-)很多时候公平是能让问题消于无形。
分蛋糕或公平分配问题最早是Steinhaus于1948年提出的,1980 年费城Swarthmore学院的Walter Stromquist证明存在一个Envy-free解。换句话说,一块蛋糕切N-1次分给N个人,让每个人都满意是可能的。N=2和N=3的情况比较简单(其实N=3已经相当繁琐了),1992年Steven Brams和Alan Taylor证明了N>3的情况,但算法过于复杂,他们为此特地写了一本书来剖析如何公平的分蛋糕。最近香港城市大学的Xiaotie Deng和同事提出了一种更高效分蛋糕算法,算法的计算可在多项式时间内完成。但唯一令人遗憾的问题是算法适用范围是N=3,另外的一些特例只能得到近似的Envy-free解。