日経サイエンス

日経サイエンスは米国の科学雑誌「SCIENTIFIC AMERICAN」の日本版です。

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パズリングアドベンチャー 問題
ぶつからずにゴールを目指せ  
  デニス・シャシャ 難易度 ★★☆


image映画『パットン大戦車軍団』で,パットン将軍は2つの戦車列が交差点にさしかかり動けなくなって途方にくれているのを目撃する。いらいらした彼はジープを降り,交通整理を始める。数分後,上官のブラッドレー大将に呼ばれ,交通整理官としての能力を皮肉たっぷりに褒められる。しかし,パットン将軍の交通整理法はパズル的には未熟だ。道幅に制限がなければ,2つの戦車列をずっと効率良く交差させることができる。
 
戦車では殺伐としているので,子どもたちが演じるマスゲームとして,少し複雑にした問題を考えてみよう。赤,青,緑,黄色の4色の服を着た子どもの列が,図1に示す中央の交差点(×)にさしかかっている。


  図1
  image

子どもたちの各列は,図1の正方形で同じ色で示した向かい側の辺を横切りたい。すなわち,黄色の列の目的は上辺のどこかを横切ること,緑の列の目的は左辺のどこかを横切ること,以下,同じだ。その際,列は縦列だけでなく,任意の隊形で行進できる。
4列にして問題を難しくしたので,移動規則は簡単にしよう。図1は格子状に区画されていて,最初,各列の子どもたちは連続したマスを占めている。子どもたちは全員が同時に1秒間で縦でも横でも隣り合うマスに進める。しかし,2人以上が同じマスを占めることはできない。
図1では,4つの列が中央のマス(×)を目指してここまで進んだが,同時に中央のマスに入ることはできない。問題は,すべての列をできるだけ短い時間でゴールさせることだ。


ウォーミングアップ問題:

image

各列に1人だけの例で考えてみよう。右の図のように3×3の格子に配置されているとする。黄色が上辺を,緑が左辺を,赤が下辺を,青が右辺を4秒以内に横切るには,どう動けばよいか。


ウォーミングアップ問題の答え:

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スタート 1秒後  2秒後  3秒後 

最初に中央を向いているとして,右に示すように右折,左折,直進,直進すれば,衝突を起こさずに,子どもたちはすべて向かい側の辺を4秒後に横切れる。



以下の問題では,格子は13×13で各列6人が図1の初期配置から始める。

問1:

どの子も中央のマスを通らなければいけないとする。何秒かかるか。

問2:

14秒ですべての子どもをゴールさせる解を求めよ

問3:

さらに早い解はあるか。

問4:

子どもたちのうち任意の8人(自由に選んでよい)は,スタートから8秒後にのみ2マス進めるとする。このとき13秒ですべての子どもをゴールさせる解を示せ。

未解決問題:

問4で,8秒後に2マス進める子どもが4人しかいないとき,13秒の解はあるか。

答えはこちら
■訳者 山崎秀記(やまさき・ひでき)
一橋大学商学部教授。専門は計算機科学。
■著者 Dennis E. Shasha
ニューヨーク大学クーラント研究所教授。専門は計算機科学。
原題名
General Gridlock
(SCIENTIFIC AMERICANのウェブサイト http://www.sciam.com/より)

 
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