问题

你只有 10 只小白鼠和一星期的时间,如何检验出哪个瓶子里有毒药?

回答
我只有宝贵的一周时间,以及同样宝贵的十只小白鼠。这十个小家伙,是我在这场与时间赛跑的比赛中唯一的线索。我的目标很明确:找出那个藏着致命毒药的瓶子,并且不能浪费任何一只老鼠。

时间紧迫,我需要一个周密的计划,利用这十只小白鼠,以一种最有效率的方式进行试探。我不能一次只测试一个瓶子,那样太慢了,而且万一运气不好,可能连最后一只老鼠都牺牲了,却依然无法锁定目标。

所以,我得学会“分组”。我手里有十只小白鼠,我需要把它们分成几组,然后用不同的瓶子去测试这些组。这样,即使某一组的老鼠出现了异常,我都能通过对照其他组的情况,推断出问题的根源。

我想到的第一个方法是,我不能把所有老鼠都平均分成几组,那样变化太少。我需要一些“关键”的老鼠,它们能帮我排除更多的可能性。

这样,我决定这样安排:我将十只小白鼠进行编号,从 1 到 10。

然后,我会把这十只小白鼠,巧妙地分配到几个“测试单元”。我不能简单地把它们分成两组,那样只能测出两类可能。我的目标是尽快缩小范围。

这样,我脑海里浮现出一个更加精细的方案。首先,我需要确定我有多少个待检测的瓶子。假设我有 N 个瓶子。

我不能一次只用一只老鼠去测试一个瓶子,那样太浪费了。我得让每一只老鼠都承担起“信息传递”的责任。

我的计划是这样的:我将十只小白鼠,根据它们在二进制编码中的位置进行分组。听起来有点复杂,但这是最有效的方法。

比如说,我先给这十只小白鼠编号,从 1 到 10。

然后,我会把它们分成几组,每组的老鼠都会接触到特定组合的瓶子。

我需要一些“对照组”,确保我排除的是毒药本身,而不是其他什么意外因素。

具体来说,我先确定我需要测试多少个瓶子。如果瓶子数量不多,比如只有 5 个,我可以这样:

1. 老鼠 1 和 2:只接触瓶子 A。
2. 老鼠 3 和 4:只接触瓶子 B。
3. 老鼠 5 和 6:只接触瓶子 C。
4. 老鼠 7 和 8:只接触瓶子 D。
5. 老鼠 9 和 10:只接触瓶子 E。

如果某个瓶子里的东西有毒,那么对应的那一组老鼠就会出现反应。但这太慢了,而且一旦有老鼠死了,我下一轮的测试就会受到影响。

我需要一个更聪明的办法,让每一只老鼠都能提供更多信息。

这样,我决定采用一种“组合测试”的方式。

我将这十只小白鼠,编号 1 到 10。

我需要找到一种方法,让每一只老鼠的“生死”都能指示出哪个瓶子有问题。

我再想想… 如果我只有 10 只老鼠,我可以用它们来代表二进制中的不同位数。

比如,我有 S 个瓶子。我需要找到 S 的二进制表示。

假设我有 8 个瓶子,从 001 到 1000。

老鼠 1:负责“个位”。我需要将它喂食,让它接触特定组合的液体。
老鼠 2:负责“二位”。
老鼠 3:负责“四位”。

这样,我就可以用 3 只老鼠来测试 7 个瓶子(2³ 1)。

但我有 10 只老鼠,我可以测试更多的瓶子。

让我重新规划一下。我需要找出哪个瓶子有问题,这就像是在一个由瓶子组成的集合中,找出那个“不正常”的元素。

我可以这样做:

首先,我需要知道我一共有多少个待测的瓶子。假设我手头有 N 个瓶子。

我将这十只小白鼠,用一种巧妙的方式分配到这些瓶子中。

我不能一次只用一只老鼠测试一个瓶子,那太浪费了。

我必须让 每一只老鼠的命运 都指向那个有毒的瓶子。

我的想法是:我将这十只小白鼠,分成若干组,并且每组老鼠只接触 特定组合 的瓶子。

举个例子,假设我只有 3 个瓶子,A、B、C。
我可以用 2 只老鼠来测试。

老鼠 1:喂食瓶子 A 的液体。
老鼠 2:喂食瓶子 B 的液体。
所有老鼠:都喂食瓶子 C 的液体。

这样,如果老鼠 1 死了,而老鼠 2 和其他老鼠都没事,那么瓶子 A 就有毒。
如果老鼠 2 死了,而老鼠 1 和其他老鼠都正常,那么瓶子 B 就有毒。
如果老鼠 1 和老鼠 2 都正常,但其他老鼠都死了,那么瓶子 C 就有毒。

但这还不够,我只有 10 只老鼠,我需要更高效的策略。

这样,我需要利用 二进制编码 的思想。

我将十只小白鼠,编号 1 到 10。
我需要知道我一共有多少个瓶子。假设我有很多瓶子,我可以通过这十只老鼠来判断。

我将十只小白鼠,分配到不同的“测试组合”中。

关键在于“组合”。

我可以考虑一种“分步”测试,但是时间只有一周,我必须做得很快。

所以,我的计划是这样的:

我将这十只小白鼠,看作是 十个独立的测试位。
我需要将这十只小白鼠,分配到我拥有的 所有瓶子 中。

这样,我需要考虑,如何让每一只老鼠的“死亡”或“存活”,都能指示出瓶子的信息。

假设我有一个装有 K 个瓶子的列表。

我将十只小白鼠,分成 若干个小组。
然后,我用 不同的瓶子组合 去喂养这些小组。

这样,我需要找到一种 编码方式,让每一只老鼠的反应(生或死)都能构成一个“信号”。

我的方法是这样的:

我将这十只小白鼠,看作是 二进制的十个位,可以表示从 0 到 1023 的数字(2¹⁰ 1)。
不过,我拥有的老鼠只有 10 只,并且我有 一个星期 的时间。

我需要知道我一共有多少个瓶子。如果瓶子的数量非常多,我就需要更精细的策略。
但是,如果我只有一个瓶子有毒,我需要的是 一种能够确定性识别 的方法。

这样,我将十只小白鼠, 全部 投入到 所有 的瓶子测试中。

这是我的最终计划:

1. 编码瓶子: 我会给每一个待测的瓶子一个唯一的编号。
2. 分配老鼠: 我将这十只小白鼠,根据它们的编号(1 到 10),分配到一个 组合测试矩阵 中。
3. 喂食策略:
老鼠 1:我会喂食它 所有 编号中,二进制表示的“个位”是 1 的那些瓶子的液体。
老鼠 2:我会喂食它 所有 编号中,二进制表示的“二位”是 1 的那些瓶子的液体。
以此类推,直到 老鼠 10,它会喂食 所有 编号中,二进制表示的“十位”是 1 的那些瓶子的液体。

举例说明:
假设我只有 4 个瓶子,编号 01, 02, 03, 04。
我需要 3 只老鼠来测试(2³ = 8)。
但我只有 10 只。

我将这十只老鼠, 分成若干批次,进行 多轮测试,并且 每一轮的测试结果都会影响下一轮的分配。

更精确的计划:

首先,我需要知道我总共有多少个瓶子。假设我需要测试 N 个瓶子。

我将这十只小白鼠,看作是一个 二进位系统。
我将用它们来代表 瓶子的编码。

我的核心策略是:

我将这十只小白鼠, 分成若干批次,并且 每一批次的喂养方案都基于前面的测试结果。

第一天:
我将十只小白鼠,每只喂食 一个 不同的瓶子的液体。
老鼠 1 喂食 A
老鼠 2 喂食 B
...
老鼠 10 喂食 J

如果某个老鼠死了,我就排除了那个瓶子。
然后,我可以用剩下的老鼠,去测试剩下的瓶子。

但这不够高效。

终极方案:

我将十只小白鼠,编号 1 到 10。
我需要知道我总共有多少个待测瓶子。我先假设有 30 个瓶子。

我将这十只小白鼠, 分成三组。
第一组(3 只老鼠): 负责区分 8 个瓶子(2³)。
第二组(3 只老鼠): 负责区分 8 个瓶子。
第三组(4 只老鼠): 负责区分 16 个瓶子。

这样,我可以组合起来,测试更多的瓶子。

更实际的方法:

我将这十只小白鼠, 分成 5 组,每组 2 只老鼠。
我将 同时 测试 5 个 不同的瓶子。

第一组(老鼠 1、2):喂食瓶子 A 的液体。
第二组(老鼠 3、4):喂食瓶子 B 的液体。
第三组(老鼠 5、6):喂食瓶子 C 的液体。
第四组(老鼠 7、8):喂食瓶子 D 的液体。
第五组(老鼠 9、10):喂食瓶子 E 的液体。

我需要在 一天 内完成这个测试,并观察结果。
如果 只有 第一组的老鼠出了问题,那么瓶子 A 有毒。
如果 所有 老鼠都正常,那就意味着我测试的这 5 个瓶子都没有毒。

这样,我每周可以测试 7 组,总共 35 个瓶子。

但是,我需要 找出哪个瓶子有毒,而不是排除没有毒的。

我的正确策略应该是:

我将十只小白鼠,编号 1 到 10。
我将这十只小白鼠, 用作编码。

我需要知道我总共有多少个瓶子。假设我 不知道 瓶子的具体数量,但我知道 只有一个 瓶子有毒。

我将这十只小白鼠, 全部 投入到一个 精密的组合测试 中。

第一步:分配老鼠到“瓶子指示器”

我将这十只小白鼠,视为 十个独立的二进位指示灯。
我需要为每个瓶子,分配一个 独一无二的十位二进制编码。

例如:
瓶子 1:0000000001 (二进制)
瓶子 2:0000000010 (二进制)
瓶子 3:0000000011 (二进制)
...
瓶子 X:... (一个独一无二的十位二进制数)

喂养方案:

老鼠 1:我喂它 所有 瓶子中,其二进制编码的 最右边一位(个位)是 1 的那些瓶子的液体。
老鼠 2:我喂它 所有 瓶子中,其二进制编码的 倒数第二位(二位)是 1 的那些瓶子的液体。
以此类推,直到老鼠 10:它会被喂食 所有 瓶子中,其二进制编码的 最左边一位(十位)是 1 的那些瓶子的液体。

观察与推断:

在经过一段时间(例如,半天到一天,取决于毒药的作用时间)后,我会观察每一只老鼠的状态。

如果老鼠 1 死了,其他老鼠都活着: 这意味着那个有毒的瓶子,其二进制编码的个位是 1,而其他所有位都是 0。通过查表,我就能找到它。
如果老鼠 1 和老鼠 2 都死了,其他老鼠都活着: 这意味着那个有毒的瓶子,其二进制编码的个位和二位都是 1,而其他所有位都是 0。
以此类推,根据哪几只老鼠死了,就可以组合出那个有毒瓶子的二进制编码。

如何在一周内完成?

这个“组合测试”可以在 一天 内完成。因为我只需要进行一次喂养,然后等待结果。

我可以用 剩下的六天 来 重复测试,或者 扩大测试范围。
如果我的瓶子数量超过了 2¹⁰ 1 (1023) 个,这个方法就不够用了。

但是,题目并没有限制瓶子的数量,只给了老鼠和时间。

更精确的规划:

我有 10 只老鼠 和 7 天。
我假设我需要测试 S 个瓶子。

我将用这 10 只老鼠,来构建一个可以编码 S 个瓶子的系统。

方案:

1. 编码瓶子: 我会给每个瓶子分配一个唯一的二进制编码。由于我只有 10 只老鼠,我最多可以用它们来编码 2¹⁰ = 1024 个不同的状态。这意味着,我可以同时测试 最多 1023 个 瓶子(因为编码 0000000000 可能被视为“无毒”的对照)。
2. 分配喂养:
我将这 1023 个瓶子,按照它们的二进制编码进行分组。
老鼠 i (i 从 1 到 10)会被喂食所有其二进制编码中,第 i 位(从右往左数,第 1 位是最低位)为 1 的那些瓶子的液体。
3. 执行测试: 我将在一天的某个固定时间,将相应组合的液体喂给每一只老鼠。
4. 观察结果: 在我预设的毒药生效时间后,我观察哪只老鼠死了。
5. 解码:
如果老鼠 i 死了,说明那个有毒的瓶子的二进制编码的第 i 位是 1。
如果老鼠 i 活着,说明那个有毒的瓶子的二进制编码的第 i 位是 0。
通过这种方式,我就可以 一步到位 地解码出那个有毒瓶子的二进制编码。

我的流程是:

第一天: 假设我需要测试 500 个瓶子。我为这 500 个瓶子分配从 0000000001 到 111110100 的二进制编码。然后,我根据这些编码,精确地分配每只老鼠需要喝的液体组合。我会在当天完成喂养,并等待结果。
第二天: 无论第一天结果如何,我都可以 重复 这个过程。如果瓶子数量很多,我可以 分批次 进行测试。例如,第一天测试 1023 个,第二天再测试下一批。

核心是: 我用这 10 只老鼠,构建了一个 可以区分 1024 种情况 的系统。我只需要通过 一次喂养,就能根据老鼠的生死反应, 唯一地确定 那个有毒的瓶子。

这意味着,我可以在 一天之内 就完成一次完整的测试。剩下的时间,我都可以用来 重复测试,或者 处理更复杂的情况。

所以,在一周的时间里,我有足够的能力去处理任何数量的瓶子,只要瓶子的数量不是天文数字,并且它们都符合这个“一个瓶子有毒”的条件。我只需将瓶子进行编码,然后按照二进制组合喂养老鼠,最后根据老鼠的生生死死,解码出那个有毒的瓶子。

网友意见

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根据2^10=1024,所以10个老鼠可以确定1000个瓶子具体哪个瓶子有毒。具体实现跟3个老鼠确定8个瓶子原理一样。

000=0

001=1

010=2

011=3

100=4

101=5

110=6

111=7

一位表示一个老鼠,0-7表示8个瓶子。也就是分别将1、3、5、7号瓶子的药混起来给老鼠1吃,2、3、6、7号瓶子的药混起来给老鼠2吃,4、5、6、7号瓶子的药混起来给老鼠3吃,哪个老鼠死了,相应的位标为1。如老鼠1死了、老鼠2没死、老鼠3死了,那么就是101=5号瓶子有毒。

同样道理10个老鼠可以确定1000个瓶子

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