作者: Lson Lee · 獨立開發者,益智遊戲愛好者

歐拉路徑和歐拉電路

每個一筆畫謎題的數學基礎—簡單解釋

什麼是歐拉路徑?

歐拉路徑 (也稱為歐拉軌跡)是通過圖訪問的路徑每個邊恰好一次。您可以將其視為繪製圖形中的每條線,而無需提筆且無需回溯任何線。

歐拉路徑

A---B
| |
C---D

開始:A → 結束:D(不同)
每條邊都造訪一次

開始和結束於不同的 頂點。準確要求2 個奇數度頂點

歐拉電路

  一個
 /\
乙---丙
 \ /
  D

開始:A → 結束:A(相同)
每條邊都造訪一次

開始和結束於一樣 頂點。需要0 個奇數度頂點

主要區別:歐拉路徑 從一個頂點開始,到另一個頂點結束。歐拉電路 在同一個地方開始和結束——這是一個完整的循環。

歐拉定理:規則

歐拉證明了一組簡單但強大的規則,用於確定圖是否可以一筆畫出:

三個案例

奇數度頂點結果類型
0可追溯-從任何地方開始,從起點結束歐拉電路
2可追蹤 - 必須從一個奇數頂點開始,在另一個頂點結束歐拉路徑
4、6、8...一舉不可追蹤不可能

就是這樣。 計算奇數度頂點。 如果有 0 或 2 個,則該謎題是可解的。如果還有更多的話,那是不可能的。這就是所謂的奇/偶頂點規則

什麼是“學位”?

學位 頂點的數量只是接觸它的邊(連接)的數量。若一個頂點有 3 條邊,則其度數為 3(奇數)。如果它有 4 條邊,則其次數為 4(偶數)。

例:房屋形狀

    A(2 級 ✓ 偶數)
   /\
  B---C B(3 級✗ 奇數)
  | | C(3 級✗ 奇數)
  D---E D(2 級 ✓ 偶數)
           E(2 級 ✓ 偶數)

2 個奇數度頂點(B 和 C)
→ 歐拉路徑存在:從 B 開始,在 C 結束

例:你能一筆畫出來嗎?

三角形

A(2)—B(2)—C(2)—A |   所有頂點的度數為 2(偶數)

✓ 是 — 歐拉電路。從任何地方開始,從你開始的地方結束。

信封(有 X 的房子)

有兩條對角線的正方形 + 頂部的三角形 |   底角:4 度(偶數),頂角各不相同

✓ 是 — 經典的一桿挑戰。正好有 2 個奇數度頂點。

柯尼斯堡大橋

4 個頂點,7 個邊   所有 4 個頂點的度數均為奇數

✗ 沒有 — 4 個奇數頂點。 歐拉在 1736 年證明了這是不可能的。

完整圖 K₅(五邊形與所有對角線)

5 個頂點,10 個邊   每個頂點的度數為 4(偶數)

✓ 是 — 歐拉電路。所有頂點都是均勻的,因此您可以從任何地方開始並返回。

一筆如何運用歐拉定理

當 One Stroke 應用程式產生一個新謎題時,它不會隨機建立網格並希望它們可以解決。相反,它使用歐拉定理構造在數學上保證有解的圖

程式產生演算法確保每個謎題都有 0 或 2 個奇數度頂點 - 這表示歐拉路徑或電路始終存在。這就是為什麼遊戲可以承諾無限可解決的謎題:這不是運氣,而是數學。

當您在一筆中遇到難題時,請嘗試應用歐拉規則:

常見問題解答

什麼是歐拉路徑?

歐拉路徑是圖中的一條軌跡,它只訪問每條邊一次。它從一個頂點開始,到另一個頂點結束。一個圖有歐拉路徑當且僅當它恰好有兩個度數為奇數的頂點。

歐拉路徑和歐拉迴路有什麼不同?

歐拉路徑在不同的頂點開始和結束,訪問每條邊一次。歐拉迴路在同一頂點開始和結束,每條邊也訪問一次。歐拉路徑恰好需要 2 個奇數度頂點;歐拉迴路需要 0。

歐拉路徑與一筆畫謎題有何關係?

一筆謎題本質上就是歐拉路徑問題。這個謎題要求你精確地追蹤每條邊一次——這是歐拉路徑或電路的定義。像 One Stroke 這樣的遊戲使用歐拉定理來確保每個謎題都有有效的解決方案。

哈密頓路徑與歐拉路徑相同嗎?

不。歐拉路徑訪問每一個邊緣 正好一次。哈密頓路徑訪問每一個頂點 正好一次。它們是相關但不同的概念。歐拉路徑有一個簡單的測試(計算奇數頂點);哈密頓路徑更難確定(這是 NP 完全問題)。

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