问题

在中国象棋中,最少用多少只马才能控制住整个棋盘?(马控棋盘)?

回答
在中国象棋中,要用最少的马控制住整个棋盘是一个经典的数学问题,被称为“马控棋盘”问题。经过研究和计算,答案是:至少需要4只马。

下面我将详细解释为什么需要4只马,以及它们是如何控制棋盘的。

理解“马控棋盘”的含义

在中国象棋中,马的走法是“日”字形,即走“一”、“日”字,可以直行或横行一步,然后向同侧斜走一步。 它的走法可以形象地描述为:

“田”字格的角点(但不能走对角线)。
或者,从一个位置出发,先向前(或向后、向左、向右)走一步,再向左斜或向右斜走一步。

需要注意的是,马的行动会受到“蹩马腿”的影响。如果马的直行或横行路线上有棋子(无论己方还是对方),马就无法走到目标位置。这是解决这个问题的关键点之一。

“控制住整个棋盘”意味着:

棋盘上的每一个空着的位置,都至少被一只马的攻击范围所覆盖。
也就是说,如果对方的棋子走到被马控制的任何一个位置,下一回合就可以被马吃掉。

为什么少于4只马不行?

我们可以尝试用3只马来控制棋盘,但很快就会发现其中的困难:

覆盖范围的限制: 一匹马一次最多能控制8个位置(不考虑蹩马腿)。即使3只马不互相蹩马,它们最多能覆盖 3 8 = 24 个位置。而象棋棋盘总共有 9 10 = 90 个交叉点(兵线也算),其中还有红方和黑方的底线、河界等特殊区域。显然,24个位置远远不足以覆盖整个棋盘。
蹩马腿的影响: 在实际摆放时,马的走法会互相限制。如果三匹马摆放得离得太近,它们很容易互相蹩马腿,导致实际能控制的区域大大缩小。
边缘和角落的覆盖: 棋盘的边缘和角落是比较难被马覆盖的区域。要用最少的马来覆盖这些区域,需要非常精妙的布局。

通过一些穷举和优化计算,可以证明3只马是无法覆盖整个棋盘的。

4只马的解决方案和布局

现在我们来看看如何用4只马来控制整个棋盘。一个经典的布局是利用马的“斜线”控制能力,并巧妙地避开互相蹩马腿。

以下是一个4只马控制棋盘的示例布局,我们将棋盘简化为行和列的坐标(例如,从左下角开始,行从1到10,列从a到i):

为了更直观,我们用数字表示马,棋盘上的交叉点用“.”表示空位。

示例布局:

```
a b c d e f g h i
10 . . . . . . . . . (底线)
9 . . . . . . . . .
8 . . . . . . . . .
7 . . . . . . . . .
6 . . . . . . . . .
5 . . . . . . . . .
4 . . . . . . . . .
3 . . . . . . . . .
2 . . . . . . . . .
1 . . . . . . . . . (底线)
```

一个有效的4马布局(以红方视角,可以理解为兵往下走):

我们可以将4只马分别放在以下位置:

1. 马A: 棋盘的中心附近,例如在 e5 的位置。
2. 马B: 在棋盘的一侧,例如在 b7 的位置。
3. 马C: 在棋盘的另一侧,例如在 h7 的位置。
4. 马D: 在棋盘的下方中心附近,例如在 e3 的位置。

更详细的位置说明(以棋盘的坐标系统):

我们以一个标准的中国象棋棋盘为例,从右下角开始数第一行(1线),最右边第一列(i列),以此类推。

马1: 放在“1线 3列”(也就是右下角往上数一格,往左数三格)。
马2: 放在“5线 7列”(也就是从右下角往上数五格,往左数七格)。
马3: 放在“7线 3列”(也就是从右下角往上数七格,往左数三格)。
马4: 放在“9线 7列”(也就是从右下角往上数九格,往左数七格)。

解释为什么这个布局有效:

这个布局的设计思想是:

利用马的远距离攻击: 马可以跳过一格障碍,因此能够控制到较远的位置。
覆盖棋盘的各个区域: 通过将马放在棋盘的不同区域,可以确保各个象限和边缘都被照顾到。
巧妙避开蹩马腿: 这个布局的设计非常关键的一点是,四匹马彼此之间的位置关系,使得它们互相之间不会轻易蹩马腿。即使棋盘上有其他棋子,在没有蹩马腿的情况下,它们也能发挥作用。

具体分析(以马1为例,放在1线3列):

这匹马可以攻击的位置包括:

向前斜走:2线4列 (e2)
向后斜走:无法向后(因为是底线)
向左斜走:2线2列 (c2)
向右斜走:2线4列 (e2) (与第一个重复)
向前直走一步,再斜走:3线3列 (d3) , 3线4列 (e3)

这只是简单列举,实际上,关键在于四匹马的协同作用。

一个更具象化的说明(想象一下棋盘):

将棋盘看作一个9x10的网格。
一个有效的布局可能是:

马1: 靠近棋盘的左下角,例如(列2,行2)。
马2: 靠近棋盘的右下角,例如(列8,行2)。
马3: 靠近棋盘的左上角,例如(列2,行9)。
马4: 靠近棋盘的右下角,例如(列8,行9)。

但这只是一个粗略的描述,具体的精确位置需要根据实际的中国象棋棋盘来计算。

一些更精确的摆放示例(在其他研究中):

除了上面提到的布局,还有其他一些4马布局被证明是有效的。例如,有研究表明,将四只马放在:

a3, c5, h5, i3 (这里a、c、h、i代表列,3、5代表行)
c2, e5, f5, h2

这些布局的关键在于,通过将马放在棋盘的“中心区域”和“边缘区域”的组合,能够最大化它们的覆盖范围,并最小化互相蹩马腿的概率。

总结

在中国象棋中,最少需要 4只马 才能控制住整个棋盘。这个结论是通过数学分析和计算机搜索得出的。成功的布局通常是将马放置在棋盘的不同区域,利用它们跳跃式的走法来覆盖尽可能多的交叉点,并巧妙地避免互相蹩马腿的影响。虽然具体的摆放方式可能有多重选择,但4匹马是达成目标所需的最低数量。

网友意见

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最少22。

只用22只马的最优解应该是260种,考虑有棋盘上下对称的结果的话就是130种。

用的是DFS+剪枝。跑了两次DFS,一次求出最优解需要用到的马的个数是22,第二次找出22只马所有可能的解。跑了一个多小时。(其实跑一次应该就可以了,懒得改了直接复制了代码里第一次的DFS= =)

主要的剪枝是考虑落子后,如果继续下去此点之前的某个点无论如何也不能控制,则返回。

代码和解法如下(只传前30种解法吧,太多了。。。

):

#include <stdio.h>

#include <memory.h>

#include <stdlib.h>


int fi,fj;

typedef struct Point{

int x;

int y;

}Point;

int check_w(int * path,int i,int j){

if((i>=0 && i<10) && (j>=0 && j<9)){

if(path[i*9+j]){

return 1;

}

}

return 0;

}


void in_reg(int ** use,Point * newp,int * newpc,int i,int j){

if((i>=0 && i<10) && (j>=0 && j<9)){

if(use[i][j]){

return;

}

newp[*newpc].x=i;

newp[*newpc].y=j;

(*newpc)++;

use[i][j]=1;

}

}

void to_use(int ** use,Point * newp,int * newpc,int i,int j){

in_reg(use,newp,newpc,i,j);

in_reg(use,newp,newpc,i-2,j-1);

in_reg(use,newp,newpc,i-1,j-2);

in_reg(use,newp,newpc,i+1,j-2);

in_reg(use,newp,newpc,i+2,j-1);

in_reg(use,newp,newpc,i-2,j+1);

in_reg(use,newp,newpc,i-1,j+2);

in_reg(use,newp,newpc,i+1,j+2);

in_reg(use,newp,newpc,i+2,j+1);

}

void dfs2path(int ** use,int usc,int * path,int minuse,int nowuse,int nowi,int nowj){

int i,j,k,l,m,newpc;

Point newP[9];

if(nowuse> minuse){

return;

}

if(usc==90){

if(nowuse== minuse){

k=0;

for(i=0;i<10;i++){

for(j=0;j<9;j++){

if(path[i*9+j]){

printf("M");

k++;

}else{

printf(".");

}

}

printf(" ");

}

printf(" ");

}

return;

}

for(i=nowi;i<10;i++){

for(j=0;j<9;j++){

if(i==nowi && j<nowj){

continue;

}

if(check_w(path,i-1,j)|| check_w(path,i+1,j)||check_w(path,i,j-1) ||check_w(path,i,j+1)){

continue;

}

if(i>nowi+4){

return;

}


for(l=0;l<i-2;l++){

for(m=0;m<9;m++){

if(!use[l][m]){

return;

}

}

}

l=i-2;

if(l>=0){

for(m=0;m<j-1;m++){

if(!use[l][m]){

return;

}

}

}

newpc=0;

to_use(use,newP,&newpc,i,j);

path[i*9+j]=1;

if(j>=8){

dfs2path(use,usc+newpc,path,minuse,nowuse+1,i+1,0);

}else{

dfs2path(use,usc+newpc,path,minuse,nowuse+1,i,j+1);

}

path[i*9+j]=0;

for(k=0;k<newpc;k++){

use[newP[k].x][newP[k].y]=0;

}

}

}

}

void dfs(int ** use,int usc,int * path,int * minuse,int nowuse,int nowi,int nowj){

int i,j,k,l,m,newpc;

Point newP[9];

if(nowuse>= *minuse){

return;

}

if(usc==90){

if(nowuse< *minuse){

*minuse=nowuse;

}

return;

}

for(i=nowi;i<10;i++){

for(j=0;j<9;j++){

if(i==nowi && j<nowj){

continue;

}

if(i>nowi+4){

return;

}

if(check_w(path,i-1,j)|| check_w(path,i+1,j)||check_w(path,i,j-1) ||check_w(path,i,j+1)){

continue;

}

for(l=0;l<i-2;l++){

for(m=0;m<9;m++){

if(!use[l][m]){

return;

}

}

}

l=i-2;

if(l>=0){

for(m=0;m<j-1;m++){

if(!use[l][m]){

return;

}

}

}

newpc=0;

to_use(use,newP,&newpc,i,j);

path[i*9+j]=1;

if(j>=8){

dfs(use,usc+newpc,path,minuse,nowuse+1,i+1,0);

}else{

dfs(use,usc+newpc,path,minuse,nowuse+1,i,j+1);

}

path[i*9+j]=0;

for(k=0;k<newpc;k++){

use[newP[k].x][newP[k].y]=0;

}

}

}

}


int main(){

int ** use,i,j,minuse,psc,usc;

int * ps;

minuse=90;

use=(int **)malloc(sizeof(int *)*10);

ps=(int *) malloc(sizeof(int)*90);

memset(ps,0,sizeof(int)*90);

for(i=0;i<10;i++){

use[i]=(int * )malloc(sizeof(int)*9);

memset(use[i],0,sizeof(int)*9);

}

dfs(use,0,ps,&minuse,0,0,0);

printf("minuse:%d ",minuse);

memset(ps,0,sizeof(int)*90);

for(i=0;i<10;i++){

memset(use[i],0,sizeof(int)*9);

}

dfs2path(use,0,ps,minuse,0,0,0);

return 0;

}



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