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。。五、幻方的同构及序码的改良
丁老先生对幻方数量做过深入的研究与统计,王老先生对序码及其功效探索颇深,二老著作中许多巧妙思路与精辟论断值得学习和借鉴,以下一一述来。
将自然方阵重排列只是一种数与数的对应变换,重排列并不是独立的幻方制作法,它可能产生大量丰富多彩的同构幻方。当马步法构成一幻方
C后,可以依照自然方阵Ne与重排方阵M的对应,逐一把C的Ne(i,j)代换为对应的M(i,j),就得到另一个与C同构的幻方D。在跳格步法时正是依行、列顺序用M(i,j) 来代替Ne(i,j)如此填数的。序码的改变而产生的大量幻方,将分别属于若干个重排码同构类。把幻方或方阵作为一个图形绕其中心、两对角线、中行或中列旋转能且只能产生
8种不同形式,称为同构八形。统计时只能取其中一个作为计数代表。不改变行、列的方向与顺序,只改变首格的位置,这种下标变换称为幻方坐标系的平移变换。因为对于
n阶方阵来说,下标仅限于在1到n之间变动,周而复始,故称其为循环平移,简称平移。i轴与j轴相交于首格,首格是行、列标计的起点,相当于直角坐标系的原点。能由平移产生的幻方属于同一个平移同构类。马步法为了简便计算与研究,一般将起点定在
C(1,2),按(p,q)/(u,v)制得完美幻方C1。若要指定起点在C(i,j)格,同步法可制得幻方C2,起点的改变只是附加上一个平移动作(i-1,j-2)。即使用循环平移法则:将C1向下平移i-1行,再向右平移j-2列,也可以得到了幻方C2。对于完美幻方来说,平移后得到一个与之同构的完美幻方。换而言之,如果C1 和C2都是完美幻方,C1(i,j) =C2(x,y)=z,并成立:C1+(i,j) =C2+(x,y) 或 C1+(i-x,j-y)=C2 ,那么则C1 与C2同构。
马步法一般是以1或M(1,1)为开始数,若要指定M(x,y)中z为开始数,则相当将M循环平移(1-x,1-y),使得z成为M的第一数,移到首格M(1,1)内。
图-3中的幻方C以中心数e=41在中心格C(5,5)开始,而幻方D中41在C(3,4)格里,采用循环平移(2,1),即D的每一项向下平移2行,再向左平移1列,就得到C,所以两者同构。
因此,只有选用不同的步型组合才可能构造数量惊人的非同构幻方。对于幻方D,若将转向步由(-4,-4)改为 (-3,-1),则第一个转向步从35原跳到2改为跳到8;明显可见,8与2是在同一条幻线上,据定理三之②知道:得到的是一对同构幻方。运用其①将马步由(-1,-3)改为(1,3),将逆向跳格得到另一个同构幻方。对幻线的研究将使我们了解更多的幻方结构奥秘。
六.幻方中的均匀与对称
重排列自然方阵时要用到密码,嫌其名称诡秘,似涉及军事特务,不利普及推广,宜改称序码为好。
n阶幻方C内任一条幻线上的n项的顺序是由列码确定,而行码则决定这n条幻线的次序。若按列步(u,v)跳出一自然列上的n数,也可形成一条列幻线。当序码
G=(g1,g2,…,gi,…,gn),有n+1=g1+gn= g2+gn-1=……=gm+gm+1, (n=2m)
=2gm+1, (n=2m+1) 成立时,
则称G为一个对称码,例如自然序列(1,2,3, …,n-1,n)就是一个n元对称码。
如果n元序码H=(h1,h2,…,hi,…,hn),(n=rm,即n是r的倍数)符合下列条件:
将n元序码H从首到尾,依次轮流分给r个小组,每一组得到的m个码数之和相等,都等于n(n+1)/2r,则这个序码的码数是均匀分布,称序码H为n元r均匀码。n阶幻方D依行、列的某一个次序陆续录用,就得到一个n2元的n均匀码,每一组n个码数之和正好是幻和Sn=n(n2+1)/2;若D是n阶雪花幻方棗关于中心对称的任意两项之和均等于n2+1,则得到的为n2元n均匀对称码,这是制作平方阶幻方序码的巧妙之用。使用均匀码或对称码在构造幻方过程中将具有特殊的功能!
⑴制作3m阶完美幻方的充分必要条件是采用3均匀码;
⑵使用序码的均匀、对称性将使所作的完美幻方产生优化等特点。
均匀与对称是幻方的奇妙之处,也是制作幻方的宗旨和精髓,对其领悟的深浅,将直接影响你的思维与创新!序码的均匀与对称及配合够我们摸索不止,还有
均匀应用在幻方的各类制作法中,可引起浮想联翩,……届时我再作详细的论述。幻方中引入计算,将要我们更多的摸索和验证,不懈努力!与同仁共勉。
参考文献:
罗传蕙、曹陵《马步法构造幻方的坐标计算》延安教育学院学报,
2000年1月