玩桌游时掷骰子比大小决定谁先走,是再常见不过的规则。但如果两个人掷出同样的点数,就得重掷一轮,甚至可能反复重掷。一群数学家和计算机科学家觉得这种小麻烦完全不可接受,于是开始了一场持续十多年的寻找。
这个故事要从2012年说起。当时在阿拉巴马州奥本大学的Eric Harshbarger在一次与朋友的晚餐上,第一次聊到了所谓“Go First骰子”的想法——这是一套理论上的骰子,每个玩家各掷一颗,获胜概率完全相等,同时保证不会与任何人平局。
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没过多久,Harshbarger就和佐治亚州道尔顿州立学院的Robert Ford一起,设计出了一套四颗12面骰子,可以让两名、三名或四名玩家各掷一颗,每次都能得到统计上公平的结果——并且一定会有赢家。
一个“寻找问题的解决方案”
Harshbarger自己也承认,这其实是一个“寻找问题的解决方案”。但很快,他们就想到能不能找到一套适用于五名玩家的骰子。“从实际角度来说,这并不重要,但从数学角度来说,我认为这是一个非常优美的问题,”他说。
从那以后,Harshbarger成了这个问题的“守护者”。他运营着一个网站来追踪进展,先后约有20位来自世界各地的计算机科学家和数学家参与又退出这项研究。
五颗“Go First骰子”的理论方案在四颗骰子之后不久就被发现了,但总有问题:有些方案的面数多到不切实际,动辄几百面。这些方案在纸面上成立,但实际制作和投掷起来太麻烦。而且面数不一致的方案不仅不够优雅,还容易让人怀疑不公平——即使实际上并非如此。
“这确实推动了事情的发展,”Harshbarger说。
从180面到60面:不断逼近实用方案
更好的方案逐渐出现,比如Harshbarger自己设计的一套180面骰子,以及一位澳大利亚研究者提出的120面骰子。但真正的突破来自最近加入的Paul Meyer——一位专业软件工程师。他结合了在以往方案中寻找数学规律的方法,再加上暴力计算机搜索,最终得出了一套可行的设计:五颗60面骰子,既满足所有数学条件,更重要的是,可以在现实世界中制作和使用。
“它们相当圆,掷出去要花点时间才会停下来,但确实能用,”Harshbarger说。
Meyer本人对这个问题有着天然的亲近感。“我玩桌游时经常掷骰子决定谁先走,所以这个问题很打动我。但当我看到那个数学问题时,看到它的呈现方式,我就在想,‘哦,这本质上就是一个计算搜索问题,我敢打赌我能写个算法’,”他说。“我其实没指望能解决它。”
搜索空间比宇宙中的原子还多
Meyer面对的搜索空间极其庞大——Harshbarger说,五颗骰子的可能设计方案比宇宙中的原子还多。但正是这种“大海捞针”式的挑战,加上数学规律与计算力的结合,最终让这套60面骰子方案浮出水面。
这套骰子解决了桌游中一个看似微不足道、但在数学上困扰了研究者十多年的问题。对Harshbarger和Meyer来说,这不仅仅是一套骰子,而是一个关于耐心、合作和对“优美问题”执着追求的注脚。
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