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第 51 讲:淑芬致命结构

2021-08-30 08:17 作者:SunnieShine  | 我要投稿

接下来讲一个技巧名比较接地气的致命结构:淑芬致命结构(Qiu's Deadly Pattern)。这个技巧依然由之前发现宇宙的邱言哲整理和命名。

Part 1 区分度理论

在正式讲解技巧之前,我们先来说一个术语:区分度(Distinction)。区分度是用于致命结构的论证的,我们规定,一个致命结构一旦形成致命形式,那么这个结构的区分度此时是为0的;反过来说,一旦发现致命结构的区分度为0,则结构一定是形成了致命形式。

不过这一点在拓展矩形里用得比较多,接下来的内容将以区分度来介绍它,因为它在一定程度上依赖于拓展矩形的结构。

如图所示,这样的结构区分度为1,因为r7和r8的填数总会有一处是不同的。因为我们给定了确定值里,r7和r8里都有1,所以上下两行都不会再填入1,这是它们的共性;而2和3不同,2在r7里有确定值,但r8里没有,这意味着剩下的空格里,r7可以放下3,而r8里可以放下2,它们是一组不同的数字,而其它的数(4到9则都一定r78都有),所以不同的数只有2和3一组,因此我们称此时的区分度为1。

寻找区分度就是看结构上下两行(或者为左右两列)上会有多少组不同的数字。

如图所示,这个是区分度为2的结构,因为1的确定值在上下两行都出现,所以空格不会出现1了;而其余的数字,6、7、8、9在r78两行里都会“成对”出现,所以实际上只有2、3、4、5要特殊考虑。而上下两行的确定值可以构成两组这样的情况,比如2和3一组,4和5一组(当然2和5,3和4也行)。所以我们就称这样的结构的区分度为2。

或者换句话说,区分度看的是上下两行(或左右两列)的不同确定值的种类数,再除以2。但需要注意的是,区分度为0要能产生致命形式的话,那么确定值的分布就必须得上下对应,或左右对应。比如上述示例里,r78上的所有确定值都是上下对应的:上面有一个确定值,那么它的下方必然也有一个确定值;反之亦然。如果结构的确定值是“错开分布”的,那么我们就无法断言其区分度是多少,因为此时还得继续看,上下对应的另外那一个空格的候选数情况到底如何。比如下面这个例子。

如图所示,这个结构并非上下对应起来都有确定值,但是我们可以发现,r7c3和r8c4都是1,那么r78的剩余空格里一定不会有1,而5、6、7、8、9都是共同拥有的,所以只需要分析2、3、4。

而实际上,在最终填入后我们就可以发现到的是,r8c3只能是3或4的其中一个,而它们都不是2。如果是2的话,那么上下两行的确定值都能“一一配对”,所以区分度直接变为了0,形成了致命形式。

这一点你也可以从候选数角度来理解:剩余的单元格都只能填入3到9,所以r7的一种填法可以上下对应交换放到r8里;而r8里的也可以放回到r7里面,导致出现两种填法。

那么,显然r8c3只能是3或4,但都不是2,所以区分度为1,即有一组填数是不同的。

在了解了这一点的内容后,我们来看这个致命结构的长相。

Part 2 构型

实际上,这个构型非常的可怕,因为在致命结构的内容里,这个技巧的结构算上非常大的了。

如图所示,它的结构是这样的,它需要满足如下的条件(有一个条件在图上不好标注出来,只能用文本叙述):

  • 结构一定占据两行(或两列,暂且称为L1和L2)和两个额外的单元格(暂且称为C1和C2);

  • C1和C2必须同宫且同行(或者同宫且同列,具体情况看的是结构占据的是L1和L2的分布是按行分布还是按列分布),但不能在L1和L2内;

  • 和C1和C2对应在L1和L2里的四个单元格(这个“对应”指的是结构涉及的单元格是和L1和L2呈平行状态,然后上下对应的四个单元格,即这里的C1和C2是r5c12,则上下对应起来的位置是r78c12这四个单元格)必须只能包含C1和C2涉及的这四种数字;

  • L1和L2的区分度为1,即有一对数字不相同。

实际上这个结构看起来特别复杂,甚至动用了符号来叙述,可见这个结构的恐怖。那么接下来我们来看一下这个结构为什么是一个致命结构。

Part 3 证明

下面我们来给出这个技巧的证明。

由于规定两行(或者两列)的区分度为1,而涉及的数字却没有任何的限定,所以我们不得不分三种情况讨论。如上图所示,假定r5c12里填入的是a和b的话,那么有如下三种情况:

  • r78的确定值含有a和b(即都有);

  • r78的确定值里只包含a和b的其中一个;

  • r78的确定值里不含有a和b的任意一个(全是其它数字)。

下面我们就按照这三种情况一一进行讨论。

为了方便理解,我们把确定值固定为只有两个数,并且上下对应。那么第一种情况就对应这样的一个结构:

r7和r8按照数独规则都必须填入1到9各一个,而已经出现的1或2,导致剩下8个单元格只能填入剩余8种数字。就r7而言,显然只能填的是2到9,而其中r7c12又填入了2、3、4的其二,所以r7c345678里只能是5、6、7、8、9和一个2、3、4的剩余的那个数;与此同时,r8上也是一样的道理:因为出现了2,而且r8c12里必须是1、3、4的其二,所以r8c345678里只能是5、6、7、8、9和一个1、3、4的剩余的那个数。

对比两行的最终填数结果就可以发现,5、6、7、8、9是它们一样的数字,而不一样的只有1、2、3、4的剩余那个数不同。我们尝试随意填入一种情况来解释后面的逻辑:

如图所示,这是其中一种情况。我们假设r7c12里是2和4的话,那很显然r7c345678里多出来的1到4的那个数就只能是3了;同理,r8假设r8c12是1和3的话,那r8c345678里多出来的就只能是4了。

这也就是区分度为1的基本逻辑。似乎看起来好像区分度为2,因为r78c345678里有一组不同的数,而且r78c9又是一组不同的数。但实际上并不是这样。这两行此时区分度是“抵消”为0了,即形成了致命形式。为什么呢?我们尝试把这两行的非确定值的剩余单元格执行上下交换。

如左图所示,我们把之前r5c12和r78c12的填数也确定下来看看到底能否交换。不过很显然的是,我们把r78c345678上下的对应位置执行交换,而剩余的r78c12进行顺时针轮换,再带上r5c12配合下面轮换的操作进行置换,就会发现,此时变为右图这样。

显然,两种填法都是可以的,而结构涉及的所有区域:r578c123456789b4789的所有填数全部都没有发生变化。比如c2上,原本的填法是1、2、3,而交换后是2、3、1,数字依然只有1、2、3这三种数字,并没发生变化;同理,其余的所有区域也恰好全部满足要求。所以,这便形成了致命形式。故第一种情况是致命的。

实际上,我们完全不必去交换r78c345678的数字,我们完全可以只动r578c12的填数,只要保证c12的填数要和交换前的填数是一样的就可以了。然后就会发现,这种构造形式更容易得到一种合适的填法。

接下来我们来看第二种情况。

如图所示,显然数字5是1、2、3、4所涉及不到的数字。我们用来作为第二个情况的确定值的数值。

对于r7而言,因为r7c12是2、3、4其二,而r7c9是1,所以r7c345678里只能放下的是6、7、8、9和2、3、4的剩余那个数和一个5;同理,对于r8而言,r8c12是1、2、3、4的其二,而r8c9是5,所以r8c345678里只能是6、7、8、9和1、2、3、4的其二(六个单元格,显然6、7、8、9只有四种数字,所以剩余两个单元格又不能放5,故只能是1、2、3、4的其二)。

我们对比两种情况,可以发现,6、7、8、9是它们都有的,所以我们可以不用看它们,而特殊的数字(即不同的)只有5,以及1、2、3、4的其中一组不同的数。由于此时r7是填入的2、3、4的剩余一个数和5,而r8是1、2、3、4的其二,所以它们会如何呢?我们依然画出其中的构造出来的一种情况。

如左图所示,这是其中的一种填法,可以看到,橙色的数字就是我们说的不相同的数字组合。我们先保证c12的填数要一样,然后去修改其余位置的填数,就可以发现我们构造出来了一种填数形式,变为右图这样。

此时可以看到,实际上结构涉及的所有区域r578c123456789b4789的每一个区域上的填数都是一样的。比如b8里,原来的填法是2、3、6、7、8、9,而在产生了交换后,依然是2、3、6、7、8、9。其余的区域也是一样的。所以实际上,这种形式依然形成了致命形式。

虽然其中有一些数字没有发生位置的变换,但其它的单元格依然有交换。唯一解必须保证每一个单元格都不能有超出一种的填数情况,所以但凡出现有一个单元格能有两种填法,都应当是错误的。所以其中的一部分单元格不产生交换也没有关系。

接着,我们来看第三种情况。

如图所示,我们依然按照之前的逻辑,假设r578c12的填数依旧是1和2,那么我们依然可以得到一些合适的结果。

就r7而言,r7c12一定是1、2、3、4的其二,而r7c9是5,所以r7c345678只能填入7、8、9和1、2、3、4的其二以及一个6;而就r8而言,r8c12是1、2、3、4的其二,而r8c9是6,所以r8c345678只能填入7、8、9和1、2、3、4的其二和一个5。

可以发现,r78里都会填入7、8、9,所以我们就不用管了。所以我们可以按照上述的方式构造出来一个填法。

如左图所示,我们随便找到一种填数方式,并按c12执行交换,先保证c12的填数不能发生变化,然后去更换其余位置的填数,并最终找到一种填法,如右图所示。

可以看到,这种构型依然是使得结构出现致命形式的,因为我们找到了两种不同的填数方式。所以,它依然是致命的,所以第三种情况也被我们证明了。

所以,我们利用了反证法,得到了三种情况全部产生了致命形式,所以这个结构是一个合格的致命结构。

Part 4 淑芬致命结构的使用

4-1 死锁淑芬致命结构

如图所示,我们观察到,在r78两行内,确定值上下对应,并且区分度一定是1。倘若r9c2 <> 2的话,会让r9c2 = 7,此时2、5、9三种数字全部会被卡在b7里的r78c12里,按照淑芬致命结构的推导规则,淑芬致命结构此时已经形成致命形式,因此原始假设是错误的。所以r9c2 = 2,也就是r8c12 <> 2。

4-2 另一个示例

如图所示,在b5里的1、6、8只能放在r46c46里。如果此时5也在里面的话,就会使得1、5、6、8形成四数组,而c46此时的区分度为1,即立马形成淑芬致命结构的致命形式,所以我们不可以让任意一个数字5放在r46c46里,于是删除掉它们。

再来看一种变种。

如图所示,如果r7c2 <> 8,则r7c12一定是3、5,而这两个数在b4和r46交集的这六个单元格上只能放在r46c12里,这就说明了其余两个单元格不管填入的是什么,由于r46的区分度为1,而r46c12里必须填4个不同的数字,所以不管是3、5还有哪两个数字,总会形成淑芬致命结构的致命形式。所以为了规避结构的出现,r7c2 <> 8。

4-3 孪生死锁淑芬致命结构

下面来看一个孪生的淑芬致命结构。不过,我希望你能独立思考这一个例子,孪生也就是结构大部分位置一样的情况,这个例子也是如此。除了这一点之外,它就是两个单独的死锁淑芬致命结构,而前文已经介绍了它的逻辑。

4-4 配合反转拓展矩形的淑芬致命结构

如两个图所示,我们可以删除r1c8(4)。

首先,我们观察b1里存在一个ALS区域{r1c23, r2c1}(1235),如果2和5同时为假,则显然三个单元格无法凑够三种数字,此时只有1和3,所以出错,所以r1c2(2)和r1c3(5)不同假(或者看互补形式,图中标注的r1c1(25),同假导致2和5同时挤进r1c1导致出错)。

其次,当r1c2(2)和r1c3(5)有且仅有一个数为真时,可以发现r12此时区分度为1,而如果此时r1只有三处可以放4:r1c689,当r1c69(4)同假时,r1c8 = 4,此时就同时满足了区分度为1和r12c46四个单元格只有包含1、7、9的四种数字的要求,这样便直接形成了淑芬致命结构的致命形式。所以r1c8 <> 4此时是成立的。

而当两个数同真时,一样有r1c8 <> 4,否则r12的确定值上下对应起来,且全部出现的2、4、5、6都可以找到一一配对的形式,所以此时区分度为0,即出现反转拓展矩形的致命形式(看候选数就是,r12的空格里必须都填1、3、7、8、9,而随便填出一种合适的状态后,上下可以对应位置交换形成两个不同的填法),所以r1c8 <> 4是成立的,如右图所示。

所以不论哪种情况是成立的,都可以删除r1c8(4),所以r1c8 <> 4。

4-5 稍微用一点强制推导的淑芬致命结构

如图所示,假设r6c1(1)为假的话,则r4c2(1)为真。此时发现r45的区分度为1了。如果此时我们让b4里的所有2、8、9卡在r4c3和r5c13里的话,结构将立刻形成淑芬致命结构的致命形式,所以r6c1(8)必须为真。所以,r6c1(18)里必须有一个为真,所以跟7无关,删掉r6c1(7)。

这个例子有一点超纲,需要学习了传递性质后才能更快地理解这个示例。不过你可以类比之前的证明方式来对这个结构进行唯一性的验证,看看它是否会形成致命形式(如果条件都达到了的话)。实际上给出之前的条件后,一样是可以论证的,只是稍微慢一点。

4-6 强制分析带有嵌套淑芬致命结构的思路

这个示例稍微复杂了一些,我们稍微来看看。

先看左图。我们尝试假设出两种填数模式,关于c4的数字9。由于c4上数字9的填数位置只有r4c4和r7c4两处可填,恰好是两种情况,那么我们构造毛刺技巧,来利用上两种不同的9的填数位置的情况。

当9放在r7c4时,我们尝试找出从r2c3(2)为假的链结构。当r2c3(2)为假时,r9c3(5)此时必须也为假。观察r2c3(2),如果它为假,那么r2存在数字8的共轭对在r2c12上,而此时如果让r2c3 <> 2的话,2也只能放在其中,导致r2c12构成2、8的隐性数对结构;而此时发现r78的区分度为1,这是淑芬致命结构的一大要求,所以此时淑芬致命结构即将构成。唯一避免结构的发生的地方只有r9c3。如果r9c3(5)为真的话,就意味着r9c3无法填入2或者8,使得2和8在b7里只能放在r78c12之中,而这是淑芬致命结构的最后一大形成条件,所以致命形式便形成了。所以,为了避免该致命形式的形成,我们不得不规避r9c3 = 5的要求,故r9c3 <> 5。后面就是普通的推导模式了。

而当9放在r4c4时,我们有右图这样的强制链结构,并最终得到r2c8 = 5的结论。

不过,两种情况至少有一个是成立的,但它们都能得到r2c3 <> 5的结论,故r2c3 <> 5便是这个示例的真正结论。

4-7 双淑芬致命结构

实际上,结构其实是不需要那么标准的,里面的那个“数对”就可以替换成任何一个区分度为1的东西,比如上图这样。之所以这么说,是因为区分度为1依然可以保证产生的最终两个对应位置一定是这样的数对形式,进而使得产生淑芬致命形式的那个“数对”。

如图所示,如果r2c1(2)为真,则r23的区分度为1,这便使得剩余的r23c29里随便找出一个上下对应的两个单元格都不可能是相同的填数,再配合c56(此时c56本来就是区分度为1的结构)就一定会产生淑芬致命结构的致命形式。所以r2c1 <> 2。

这个结构实属罕见,所以为了纪念这个结构,取了一个名字叫双淑芬致命结构(Dual Qiu's Deadly Pattern)。

4-8 双淑芬致命结构的另外一个示例

如图所示,如果r2c1(1)为真,则r23的区分度为1;而此时c56区分度本身就为1,所以如果r2c1(1)为真,则必然能找到其中上下对应的两个单元格填入的是r23c56的其中四种数字,而此时c56区分度为1,所以形成淑芬致命结构的致命形式。故r2c1(1)为假,删掉。

最后我们再给一个双淑芬致命结构,长相跟上面这个差不多,不过,这个题如果不用这个技巧,难度可能会比较大。

如图所示。如果r4c1(4)为真,则r46和c46的区分度均为1,此时形成淑芬致命结构的致命形式。所以r4c1(4)为假。

那么,淑芬致命结构的内容就介绍到这里。接下来我们来看的是一个方便使用的全新理论:传递性(Transmission)。


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