別人碗里的肉
來源:科學松鼠會 文章作者:安婆婆 2009-07-30 10:03:38
很久很久以前,有個地主,雇著兩個長工。倆長工每個月打一架,力氣都用在口角上了。地主很郁悶,起因都在自己。本來為了激發(fā)老王和老李干活的動力,地主每個月底一人給發(fā)一個芝麻餅。可不是老王覺得自己的餅小了就是老李覺得對方的餅大了,地主大喝,兩個一樣大!老子什么時候?qū)δ銈儾还搅耍!一陣沉默,他一轉(zhuǎn)身兩人繼續(xù)打。
唉,罵歸罵,別人碗里的肉總是比較大,身為地主怎么會不明白這個道理。于是他決定改變策略。餅還是照發(fā),不過這次他買了一大號的,由老王和老李自己來分。地主說:“你們一個人切,由另一個人來挑。”老李笑著把刀遞給老王,心想挑份大的還不簡單么。經(jīng)常打輸?shù)睦贤醪坏靡呀舆^刀,恨恨地揣度,可不能便宜了這小子,一定得切出差不多的兩份來!
切好了,老李繞著桌子瞧了個360度。嗯,一塊稍微大那么一丁點兒,可是另一塊的芝麻卻也多出那么一丁點兒。老王在一旁暗笑,挑唄,怎么挑都是一樣的。最后老李揀走了芝麻多的,老王也樂得拿塊大的,倆人都覺得沒吃虧。
地主很得意。這個辦法真是好。2雖然等于1加1,可世界上從來沒有兩塊一模一樣的餅。自己當老大來把一碗水端平,在別人看來不一定就端平了。這回把決策權(quán)給他們自己,餅也許并沒有真正分勻,卻消除了爭吵,讓雙方都滿意。還有比這更雙贏的對策么?
可事情并不總是那么簡單的。吃飽了的長工們干活很賣力,把鄰村地主氣壞了。他嫌自己的長工老高不夠勤快,直接炒了魷魚。老高郁悶地背著鋪蓋卷,跑到這邊來投奔。地主家這回有三個工人了。
月底的時候,地主想買個大一號的餅,給他們?nèi)齻人分。才走到半路呢,忽然犯了愁——切和挑的順序該怎么定呢?如果一個人切,兩個人挑:切的人肯定不在乎得到哪一份,因為他會努力分出自己覺得一樣大的三塊;問題在于,如果另兩個人都看中了同一塊的話,后挑的就會不滿意了,媽呀,又打架。。。地主在路邊坐下來,考慮另一種方案:切的人拿走別人都不要的一塊,反正他不在乎;剩下的兩塊拼在一起,重新分配,一人分一人挑。怎么樣?還是不行。雖然第一次切的人拿走他那塊時覺得三塊一樣大,可剩下的被重新分了以后,他會覺得其中一份比自己手里的大了。打架看來是不可避免的。
地主抱著頭坐在路邊想呀想。太陽出來了,太陽西沉了,月亮出來了,月亮西沉了。。。似乎切啊挑啊,總有人不滿意。東方露出了魚肚白,天空像被萬道霞光切成無數(shù)片的大蛋糕——咦,有了!咱扔掉一塊就解決問題啦!他跳起來,揉著紅腫的眼睛,朝燒餅店輕快地跑去。。。
來到長工的窩棚,地主煞有介事地說道:“這塊大餅給你們?nèi)齻人分。都給我聽仔細了,看看自己為什么只能當長工,而我可以當?shù)刂鳌?rdquo;他的方案是這樣的:新來的老高掌刀,把餅先切成自己覺得均勻的三塊。老王和老李各自指出自己想要的那塊。如果兩人各有所愛,就各取所需;剩下那塊歸老高,問題就解決了,誰也不眼紅誰。如果老王和老李都看中了同一塊,就進行下一步:由其中一人掌刀(假設(shè)是老李,換成老王也一樣類推),把這一塊切去一點,直到自己覺得它和第二大的那塊不相上下。把切掉的部分放到一邊,然后由老王從三塊中挑。接下來老李挑,剩下的歸老高。有點繁瑣,可是這樣保證了公平:首先老王不眼紅任何人,他先挑的;老李也不眼紅,因為他眼中有兩塊一樣大,而且都比第三塊大。那么不論老王挑走哪塊,他都有機會拿到兩大塊中的一塊;最妙的是老高也不會眼紅。因為剩給他的肯定不是被切過的那塊,而最初的三塊在他眼里本來是一樣的。那么切了的那塊盡管在別人眼里是大的,在他看來卻比自己手里的小。哇哈,地主好得意啊,三個長工都各自滿意,還有切出來的一小點可以給自己當零食。
人手又多干勁又足,地主家成了優(yōu)秀管理的典型,縣令都親自坐轎前來觀摩。聽罷主人的自夸,芝麻官笑了。他一邊擺弄著那塊切下來的邊角料,一邊捻著胡子說:“你這不是還有一小部分沒分完嗎?他們聰明點的話說你克扣工錢,怎么辦?” 地主一愣:“可是,如果用同樣的分法來分這一小部分,不是有更小的一塊剩下來嗎?那不是得無窮的分下去了?” “老爹啊老爹,我來告訴你為啥你只能做地主,而我可以做縣太爺,好不好?”縣令的辦法是這樣的:假設(shè)剛才被切了兩刀的餅最后歸了老李(歸老王的話可以類推),就讓老王來把這剩下的一塊切成三份,然后規(guī)定挑的順序為老李,老高,老王。這就保證了每個人都滿意。為什么呢?首先老李先挑,他沒啥好抱怨。老高呢,本來就覺得老李上次那塊比自己的小,剩下的全給他也不吃虧;老王那塊和自己的差不多,但可以在他之前挑,因此也不用眼紅老王。最后老王也不眼紅他們,因為是他掌的刀。地主聽得下巴都快掉了,暈暈乎乎送走了縣太爺;丶易屑毾肓艘槐椋@邏輯確實高明。
從此地主家成了方圓百里之內(nèi)有名的科學管理戶,并于年底被選為縣代表送去京城進修。進修班里圣上親自駕到御授了一堂課,聽得地主直拍大腿:“果然是天子,吾等草包頂多做到芝麻官兒了!”皇上說啥了呢?皇上說,你們別看切餅啊分配啊像是為了防止人類的嫉妒心搞出來的權(quán)宜之策,那都是數(shù)學!對,不是心理學社會學,奏是數(shù)學!一系列的推理中蘊含著邏輯,而邏輯可以化為符號式的語言。比如用三個點表示三個人,另外三個點表示三塊餅,誰拿哪塊餅就把兩個點用線段連起來。整個問題就被抽象成了一些節(jié)點和邊構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖。這叫啥?這叫圖論。圖論是離散數(shù)學的一個分支,利用人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的定理,就能對“分餅圖”進行推導,證明有沒有讓大家都滿意的最佳方案。
地主充滿崇拜地問:“皇上您圣明,可我咋還是不太明白呢?怎就把那么長的推理變成了點和線?還證明?”皇上龍顏不悅地皺了皺眉頭:“你以為我啥都知道?這不是洋人弄出來的玩意兒嘛!”
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正經(jīng)的知識背景在此:
“公平分配”(Fair Division)是現(xiàn)代數(shù)學中賽局理論(Game Theory)研究的重要問題之一。而“分餅”所代表的一類案例屬于公平分配中的“切蛋糕算法”(Cake Cutting Algorithm)范疇。文中提到的三人分餅法在上世紀60年代由兩位數(shù)學家Selfridge和Conway各自獨立發(fā)現(xiàn),并由后繼研究者推廣到任意n人公平分配。如果在問題中加入各種條件,就能衍生出更加復(fù)雜然而有趣的新問題。著名的數(shù)學家兼科普人伊恩·斯圖亞特(Ian Stewart)在《科學美國人》(99年1月號)和《新科學家》雜志以及單獨的作品中都對此作過介紹。
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