帽子谜题简单版

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  许多读者朋友可能会对前面提到的谜题感兴趣。它的答案是什么?如果回答这种策略并不存在(事实上,一般人不经过仔细思考的话,很可能就会否定这种策略的存在),那么应聘者就在一个重要的面试问题上失败了。但要想找到这个策略,当然也不容易。实际上,这道“100顶帽子”谜题是结合了运筹学、逻辑学和数学相关知识的一道中等难度的谜题。为了帮助读者理解它的解答思路,我们先来看它的简化版:警察抓来4个囚犯,但监狱已经满员,于是典狱长想出了一个解决办法,他给囚犯们出了一道谜题。他让其中3个囚犯站成一列,第4个囚犯则被一扇屏风挡住。典狱长给每个囚犯各戴一顶帽子,并且对囚犯们说,其中两顶帽子是黑色的,另外两顶是白色的。每个囚犯都只能看见他前面的囚犯戴的帽子,但看不见他自己或他后面的囚犯戴的帽子。屏风背后的囚犯看不见自己的帽子,另外3个囚犯也看不见他。此外,囚犯之间不得有任何交流。如果任何一个囚犯能以100%的准确度(而不是靠猜测)报告典狱长他自己戴的帽子是什么颜色,那么4个囚犯均获释;但如果任何一个囚犯答错,则4个囚犯都会被立即处死。谜题就是:不管典狱长怎样分配帽子,找到让所有囚犯逃生的策略。
  
  为了方便解释答案,我们对排成列的囚犯从前到后分别给予代号D、C和B(如上图)。也就是说,C能看见B的帽子,D能看见B和C的帽子。囚犯们知道每种颜色的帽子只有两顶,因此,如果D观察到B、C的帽子同色,D就能推断出他自己的帽子为另一种颜色。然而,如果B、C的帽子不同色,D就无法判断自己帽子的颜色,也就只能不说话。其实这时候的关键在于C。从D的不说话,C就能判断出他和B的帽子颜色不同。因为C能看见B的帽子是什么颜色,所以他就能断定自己的帽子是与B不同的颜色。
  与许多这类谜题一样,上述答案依赖于一种假设:所有参与者都是理性的和足够聪明的,因此足以作出合适的推断。否则,上述逃生策略就行不通。在解决这道谜题后,我们可以对交流的本质进行一些思考:囚犯D有意的沉默是否违反了“不能交流”的规则?交流经常被定义为“信息传递”,而D不说话(不传递信息)恰恰提醒了C(或者说向C传递了一种无声信息)。为了澄清这一点,谜题中“囚犯之间不得有任何交流”可改为“囚犯之间不得有任何语言交流”。
  把上述谜题稍作改动:囚犯们知道黑色帽子有3顶,白色帽子只有1顶,并且屏风同一侧的3个囚犯能相互看见(但A依然看不到自己所戴帽子的颜色),即B看得见C和D,C看得见B和D,D看得见B和C。但B、C和D都看不见A,而A也看不见他们。那么,逃生策略是什么?
  答案要分两种情况。第一种,3个囚犯中有1个戴的正是白色帽子,那么其余两个自然一下就能判断自己的帽子是黑色的。第二种,囚犯BCD戴的都是黑色帽子,A戴的是白色帽子。由于他们每个人都看到其他两人戴的都是黑帽子,所以他们3人中无人敢断言自己的帽子是什么颜色。通过都不发言,他们就能推断他们3人戴的都是黑色帽子,而A戴的帽子是白色的。
  再对上述谜题作改动:只有3个囚犯,帽子却有5顶,其中2黑3白。3个囚犯被命令头朝前站成一列,其中A在最前面,C在最后。他们被告知有2黑3白共5顶帽子。每个囚犯都被戴上1顶帽子,且他们都只能看见自己前面的人所戴的帽子,但看不见自己和后面的人所戴的帽子。谁能第一个准确说出自己的帽子是什么颜色,谁就获释。但是,囚犯之间不得进行语言交流。
  答案要分两种情况。首先,假设A戴的是黑帽子。如果B戴的也是黑帽子,C立即能判断自己戴的是白帽子。如果A戴的是黑帽子,B戴的是白帽子,C就无法判断自己戴的帽子是什么颜色。从A戴的黑帽子和C的不发声,B就能知道自己和A戴的帽子颜色不同,因此自己戴的必定是白帽子。总结前述,如果A戴的是黑帽子,B或C将立即判明自己所戴帽子的颜色。
  第二种情况,假设A戴的是白帽子。此时,C看不到两顶黑帽子,因此无法判断自己的帽子颜色。B只看见1顶白帽子,所以也无法断定自己的帽子颜色。这样一来,A、B和C都会保持短暂沉默,直到A最终判断出自己一定戴的是白帽子,原因是C和B都不发声。
  在这个谜题中,依然要假定3个囚犯都很聪明。另外需要假定,C囚犯无法判断自己的帽子颜色,就是因为看见其他两个囚犯戴的帽子都不是黑色的,或者黑白各1顶。如果他看见了两顶黑帽子,那么他就能断定自己戴的是白帽子。还需要假定,其他两个囚犯能理解第一个囚犯的反应,利用这一信息并结合自己亲眼所见,推断出自己的帽子颜色。
  再来看3个囚犯和3顶帽子的情况:每个囚犯被随机戴一顶帽子,要么红色,要么蓝色。每个囚犯都能看见其他两个囚犯的帽子,但看不见自己的帽子。每个囚犯要么猜测自己的帽子颜色,要么保持沉默。3名囚犯必须同时作答或不答,因此就不可能根据他人的猜测来作出自己的猜测。如果至少有一个人答对,其他人不回答,那么他们全部获释。否则,他们都会被处决。在此之前,3名囚犯可以商量对策。这个谜题(对策)没有100%的胜算策略,问题是:最佳策略是什么?什么策略能保证最高胜算?
  答案其实并不难。3个囚犯在同时猜的时候,最佳策略是这样的:如果看到另外两人帽子颜色不一样,就保持沉默;如果看到另外两人的帽子都是红色,就说蓝色;如果看到另外两人的帽子颜色都是蓝色,就说红色。
  为什么这样呢?3个囚犯,两种帽子颜色,则其排列组合只有8种:红红红,红红蓝,红蓝红,红蓝蓝,蓝红红,蓝红蓝,蓝蓝红,蓝蓝蓝。也就是说,在所有8种情况下,只有两种情况是三人的帽子同色,而有6种情况是有一人的帽子和另两人不同色。即依照上述对策,回答正确的概率为75%,可以说是最佳策略。
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