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关于中国民间益智类数学游戏之华容道的知识

来源:杭州西子培训时间::2015-06-11

华容道是古老的汉族民间益智游戏,以其变化多端、百玩不厌的特点与魔方、独立钻石棋一起被国外智力专家并称为“智力游戏界的三个不可思议”。它与七巧板、九连环等汉族传统益智玩具还有个代名词叫作“中国的难题”。据《资治通鉴》注释中说“从此道可至华容也”。华容道原是中国古代的一个地名,相传当年曹操曾经败走此地。由于当时的华容道是一片沼泽,所以曹操大军要割草填地,不少士兵更惨被活埋,惨烈非常。
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      一、游戏简介

    
      通过移动各个棋子,帮助曹操从初始位置移到棋盘最下方中部,从出口逃走。不允许跨越棋子,还要设法用最少的步数把曹操移到出口。曹操逃出华容道的最大障碍是关羽,关羽立马华容道,一夫当关,万夫莫开。关羽与曹操当然是解开这一游戏的关键。四个刘备军兵是最灵活的,也最容易对付,如何发挥他们的作用也要充分考虑周全。“华容道”有一个带二十个小方格的棋盘,代表华容道。棋盘下方有一个两方格边长的出口,是供曹操逃走的。棋盘上共摆有十个大小不一样的棋子,它们分别代表曹操、张飞、赵云、马超、黄忠和关羽,还有四个卒。“华容道”有几十种布阵方法,如“横刀立马”、“近在咫尺”、“过五关”、“水泄不通”、“小燕出巢”等等玩法。棋盘上仅有两个小方格空着,玩法就是通过这两个空格移动棋子,用最少的步数把曹操移出华容道。这个玩具引起过许多人的兴趣,大家都力图把移动的步数减到最少。


      二、游戏历史

       华容道游戏取自著名的三国故事,曹操在赤壁大战中被刘备和孙权的“苦肉计”、“铁索连舟”打败,被迫退逃到华容道,又遇上诸葛亮的伏兵,关羽为了报答曹操对他的恩情,明逼实让,终于帮助曹操逃出了华容道。游戏就是依照“曹瞒兵败走华容,正与关公狭路逢。只为当初恩义重,放开金锁走蛟龙”这一故事情节,但是这个游戏的起源,却不是一般人认为的是“中国最古老的游戏之一”。实际上它的历史可能很短。华容道的现在样式是1932年John Harold Fleming在英国申请的专利,并且还附上横刀立马的解法。

       三、相关历史

       华容道是中国人发明的,最终解法是美国人用计算机求出的。但华容道的设计原理到现在还没有搞清,最初看是在一个由二十个方格组成的棋盘,有一个四个小方格一组(曹操),五个两个小方格一组(五虎上将),四个一个小方格一组(四个小兵)。但关羽是一个横向的两个小方格,其他四将是纵向的两个小方格,这样如果曹操是四,四个上将和关羽就不能统称为二,1*2*4 :20 的关系就不能成立。还有一种方法是将曹操看作是四次方,关羽看作平方,四个上将看作是四个2,四个小兵是四个1,棋盘看作是20。但最终的数学原理还是未解之谜。
       姜长英在他所著《科学思维锻炼与消遣》中说,“估计它的历史只不过有几十年。从前人的笔记中没有发现有玩具华容道的记载。”姜先生自己是在1943年夏第一次看到这个玩具。目前所见到关于华容道最早的文字记载就是姜先生1949年出版的《科学消遣》。
      据西北工业大学林德宽教授说,他在1938年在陕西省城固县的乡下见过小孩玩用纸片做的华容道。

       20世纪50年代,苏州师大的许莼舫先生的《趣味数学》详细分析了华容道游戏,给出了100步的解法。

      文革期间,华容道游戏已经相当流行。

       2002年崔乐泉所著《忘忧清乐——古代游艺文化》中对中国古代种种游戏玩具作了介绍,其中有七巧板和九连环,却没有华容道。

       由此可见,在没有新的历史资料发现之前,华容道的历史不超过几十年的说法是可信的。

       华容道游戏属于滑块类游戏,就是在一定范围内,按照一定条件移动一些称作“块”的东西,最后满足一定的要求。滑块类游戏究其起源,最早的可以说是中国古代的“重排九宫”。那应该是产生于出现河图洛书的时代,有数千年历史。1865年,西方出现“重排十五”游戏,特别是萨姆.洛伊德在1878年推出“14-15”游戏,风行一时。此后,各种各样的滑块类游戏不断涌现。哈代(L.W.Hardy)发明三角旗游戏并在1909年取得专利。再往后,法国出现红鬃烈马游戏。可以设想,这个游戏传到中国,本土化成为华容道游戏。

      四、研究历史

      最早系统研究游戏华容道的是苏州大学数学教授许莼舫先生。1952年,他在《数学漫谈》中对这个游戏作了详细的分析,总结出8条规则。这8条可以归纳为以下4点:

     1,四个小兵必须两两在一起,不要分开;

     2,曹操,关羽,大将移动时前面应有两个小兵开路;

     3,曹操移动时后面还应有两个小兵追赶;

      4,以上三种状况,其中各块都可局部(不妨碍其他地方)任意移动。

在此基础上,许莼舫提出了100步解法。下就是许先生的解法,可能由于初始状况的不同,这里只需要98步。

       游戏华容道有不同的开局,根据5个矩形块的放法分类,除了5个都竖放是不可能的以外,有一横式,二横式,三横式,四横式,五横式。

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