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小白鼠試毒瓶問題

大家應該都聽說過這個老題目:有 1000 個一模一樣的瓶子,其中有 999 瓶是普通的水,有一瓶是毒藥。任何喝下毒藥的生物都會在一星期之後死亡。現在,你只有 10 只小白鼠和一星期的時間,如何檢驗出哪個瓶子裡有毒藥?

這個問題的答案也堪稱經典:把瓶子從 0 到 999 依次編號,然後全部轉換為 10 位二進位制數。讓第一隻老鼠喝掉1到1000所有二進位制數右起第一位是 1 的瓶子,讓第二隻老鼠喝掉所有二進位制數右起第二位是 1 的瓶子,等等。一星期後,如果第一隻老鼠死了,就知道毒藥瓶子的二進位制編號中,右起第一位是 1 ;如果第二隻老鼠沒死,就知道毒藥瓶子的二進位制編號中,右起第二位是 0 ……每隻老鼠的死活都能確定出 10 位二進位制數的其中一位,由此便可知道毒藥瓶子的編號了。

現在,有意思的問題來了:如果你有兩個星期的時間(換句話說你可以做兩輪實驗),為了從 1000 個瓶子中找出毒藥,你最少需要幾隻老鼠?注意,在第一輪實驗中死掉的老鼠,就無法繼續參與第二次實驗了。

答案:7 只老鼠就足夠了。事實上,7 只老鼠足以從 3^7 = 2187 個瓶子中找出毒藥來。首先,把所有瓶子從 0 到 2186 編號,然後全部轉換為 7 位三進位制數。現在,讓第一隻老鼠喝掉所有三進位制數右起第一位是 2 的瓶子,讓第二隻老鼠喝掉所有三進位制數右起第二位是 2 的瓶子,等等。一星期之後,如果第一隻老鼠死了,就知道毒藥瓶子的三進位制編號中,右起第一位是 2 ;如果第二隻老鼠沒死,就知道毒藥瓶子的三進位制編號中,右起第二位不是 2,只可能是 0 或者 1 ……也就是說,每隻死掉的老鼠都用自己的生命確定出了,三進位制編號中自己負責的那一位是 2 ;但每隻活著的老鼠都只能確定,它所負責的那一位不是 2 。於是,問題就歸約到了只剩一個星期時的情況。在第二輪實驗裡,讓每隻活著的老鼠繼續自己未完成的任務,喝掉它負責的那一位是 1 的所有瓶子。再過一星期,毒藥瓶子的三進位制編號便能全部揭曉了。

類似地,我們可以證明, n 只小白鼠 t 周的時間可以從 (t+1)^n 個瓶子中檢驗出毒藥來。

總結:時間換取資源(老鼠)。