数步法与跳格步法的统一

 

       近日芜湖王忠汉老先生给我寄来《数步法》一文,几多激励期望之语,触发了我的灵感。数步法是王老先生多年研究的成果精华之一,以下简称为王法,在推广应用中获得巨大成效,我花费很大努力,并参阅王著《幻方棗“龙”的摇篮》第一分册,才算弄清了其思路方法,。我又细读了丁宝训、丁伟明父子合编的《跳格步法幻方》一书,以下简称为丁书,颇多受益。数步法和跳格步法竟是异曲同工,能够名称、作法等方面达到统一。王、丁两位都是德高望重的幻方前辈,研究精深、所著甚多,为了这两方法的计算与普及提高,斗胆评述化简,描述也多引用原文,多有得罪、还望海涵。。

三、制作法的统一

    数步法和跳格步法在制作中是极相似的,都是从重排方阵M出发,仅在跳格时的规则有所差异!我反复思索,比较观察,终于得到统一的灵感。在数步法中,把数M(x,y)放起始格C(i,j) 中,按照行步(p,q)跳格,……,第n个数M(x ,y -1)将填写在C(i -p ,j -q)处;又从数M(x,y)按列步(u,v)将数M(x+1,y)放入C(i +u,j+v)格中。可以看出,从C(i-p,j-q) 格到C(i+u,j+v) 格是一个转向步,即转向步(u,v)=[ i+u-(i-p),j+v-( j-q)]=(u+p,v+q),而行步(p,q)就是跳格步法中的主马步(p,q),我用VB幻方制作程序也验证其正确性,因而两法有统一的内涵。

定理一:用行步(p,q)、 列步(u,v)制作的数步法幻方也可以用重排马步法来等价制作,其主马步取(p,q),转向步为(u+p,v+q),即有 (p,q)-(u,v)=(p,q)/(u+p,v+q) 。

表-2:三种幻方制作法的构造过程及联系、比较

 

幻方

制作法

自然方阵Ne(i,j)

行码G=(g1,g2,, gn)

列码H=(h1,h2,, hn)

重排方阵M=GH

M(i,j)=(gi1)n+hj=Ne(gihj)

马步法

跳格步法

数步法

开始数

Ne(1,1)=1

M(1,1)= Ne(g1h1)

中心数e=(n2+1)/2

M(x,y)格内

变换

循环平移(x1,y1)

起点()

C(1,2)

任意一格C(i,j)

中心格C(b,b)

变换动作

循环平移(i1,j2)

a=n\2b=a+1

跳格规则

主马步α=(p,q) /转向步β=(u,v)

行步(p,q)-列步(u,v)

公式

i=[x+(z-1-s)p+us] mod n

j=[y+(z-1-s)q+vs] mod n

(p,q)(u,v) (p,q) (u+p,v+q)

合称

重排马步法

共性

一个自然行上n个数仍同在按 (p,q)所确定形式的一条幻线上

注:马步法的公式是指起点是C(x,y),数字zC(i,j)格内的通项公式,s为转向次数。

     NeM中的数tn+1tn+n(0t<n) 形成一个自然行,这n个数按主马步(p,q)所确定形式,在完美幻方C内连成一条首尾相接的闭合幻线,幻线是否闭合或许就是幻方构造成功的前提?第i条幻线与i+1条幻线彼此平行,其间距是由转向步(u,v)所确定,转向步β的功能是从一条幻线跳入下一条幻线。Ne的每一列的n个数合称一个自然列。重排方阵M不改变任意一个自然行或自然列,只是将自然行中的n个数按列码排序,自然列中的n个数按行码排序。

   定理二:以同一个重排方阵M开始制作马步幻方,有以下二条性质成立:

①(-p,-q)/(-u,-v) ∽(p,q)/(u,v) ; ② (p,q)/(u,v) ∽ (p,q)/(u-p,v-q) .

    应用定理三①可将马步化负为正,②可化简转向步,便于计算;另在研究与统计幻方数目工作中也有效用,相似号表示前后两步法作出的幻方同构。