Gilbreath原理中的数学与魔术(二)——Ultimate Gilbreath 原理 Mandelbrot 集合
早点关注我,精彩不错过!
上期Gilbreath Principle开篇我们介绍了几个基本概念:Gilbreath Shuffle,Gilbreath Permutation以及Gilbreath First Principle,理清了它们的基本关系,Shuffle是操作,Permutation是结果,First Principle是其基本性质之一,相关内容请戳:
Gilbreath原理中的数学与魔术(一)——Gilbreath Shuffle & First Principle
今天我们来继续介绍Gilbreath系列的重磅炸弹:Ultimate Gilbreath Principle & Mandelbrot 集合。
The Ultimate Gilbreath Principle
内容如下:
对于一个以1:N为代表元素的长度为N的排列pi,以下性质相互等价:
pi是一个Gilbreath Permutation;
对于任意j,其顶部j张牌pi[:j]模j的值一定互不相同;
对任意的j,k,jk <= N, pi[(k - 1)j:kj]模j的值一定互不相同;
对于任意的j,顶部j张牌pi[:j]一定是一个连续整数序列的排列。
怎么样,看起来有点复杂,很难吗?
这一点都不难,我带你一点点理解一下。首先性质4其实就是Gilbreath Permutation的定义,也是Gilbreath Shuffle的结果,可以和1一起作为等价的基准。另外,这个性质的一个等价表述就是性质2,连续整数序列显然就是其长度对应的模n加法群的一个完全代表系,2自然成立;又因为序列长度就是j,mod也是j,因此遍历了这个群的所有元素,再根据j递增带来的递推关系,2也能推4,于是2和4等价。
至于3,首先它包含了2的内容,取k = 1即可。而当k > 1的时候,对应的pi[(k - 1)j:kj]序列,可以看作中间断掉了长度为j(k - 1)这么长的序列以后剩下的部分,这些元素是0~kj - 1,其mod j的余数为1, 2, ......, j - 1, 0,如此循环k组,而裁掉的也一样,是(k - 1)组0~j - 1的mod j余数,于是所求的那一段刚好剩下一组,于是性质3的结论成立,这一段序列mod j的值一定互不相同,而且恰好遍历所有可能的余数0:(j - 1)。
总的看来,这一套组合拳并没有说更多有用的东西,唯一比较有用的是3,3其实也可以看作是Gilbreath First Principle的一个更一般的表述,后者则限定了序列本身要有周期性。这个地方的mod j互不相同,本质上是对所有mod j值的遍历,也就是同一个集合,那这里就存在一种集合意义上的常量了!那什么序列真的能用上这个集合常量呢?模运算在序列上和周期序列是紧密相关的,当序列本身是周期序列的时候,模的遍历其实就是一个完整周期的遍历,自然带来的周期内所有元素集合相等的周期更迭,只不过,这个周期性其实可以看作长度为1,步长为原周期长度了,因此它并没有相位移动之说,再切一次牌,规律就会乱掉,但是在这之前还是周期序列的时候,是可以随便切的,这里切牌和Gilbreath Shuffle之间没有交换律。不过,其强大之处在于,这个性质不吃周期长短,甚至如前所说,各个不同性质造成的不同长度的周期还能够共存,在这个基础之上,我们就能创造出很多了不起的魔术了。
Gilbreath Principle & Mandelbrot set
我第一次读到这部分内容的时候是有些震惊和没有能完全理解的。毕竟这是一个离散序列上一个关于洗牌的序列性质,和penrose tiling(非平移的无限对称密铺问题)勉强还可能有点关系,但是怎么和Mandelbrot set这样一个复数空间上的集合扯上关系的,还是着实让我震惊。很深的证明这里暂不涉及,提供一些事实供大家欣赏,思考。
Mandelbrot set是一个复数集合,是序列x_(n + 1) = xn ^ 2 + c(x0 = 0)所有使得其不发散而具有周期性的c的复数集合。可以看到,序列的每一项其实就是c的多项式,而且其最高次项由于平方的关系,呈现指数增长,比如前面几项就是0, c, c ^ 2 + c, c ^ 4 + 2c ^ 3 + c ^ 2 + c, ......可以看到,每个多项式的都有c = 0这个根,剔除以后,也有不少复数根。其在复平面上呈现出自相似的分形图案的特征,也就是大家常见的这个美不胜收的图。
图1 Mandelbrot set
视频1 Mandelbrot set
有时看到这里,才又一次地惊诧于数学之美,而且这深邃的美的背后,一定还潜藏着数学的真理。
有几个常见的关于Mandelbrot set的结论,比如|c| <= 1 / 4的c都在M内,M内的c都有|c| <= 2等等,详细证明这里就先略过了。咱们重点看看它和Gilbreath Principle的关系。
我们取某实数c in M,假设其周期为T,那么其前T项的值构成的排列的序(order),即索引到每个索引元素大小的排名的映射,从1开始逆时针一圈形成的cycle notation所对应的排列(其实就是对应的逆排列)的逆排列一定是一个Gilbreath序列!
比如c = - 1.3107...,周期为4,对应的前4项序为3, 1, 4, 2,由此对应逆的cycle notation表示为(1 3 2 4),对应真实排列是(3, 4, 2, 1)而这,刚好是Gilbreath序列。
什么,这怎么可能成立的!
而且,当周期长度增加时候,这样的Mandelbrot set对应的实数c的个数,也就是对应的这样的n阶轮换的Gilbreath序列的数量,在OEIS数据库中也有着明确的记载。然而,并不是所有的Gilbreath Permutation都是n-cycle的,其数量公式由Roger和Weiss研究而来,大约只有1 / n的Gilbreath序列满足要求,也就是 2 ^ (n - 1) / n那么多而已。
实验一把还真是这样!
而中间每一次很绕的操作,都一定有着深厚美妙的数学根基。
最后提一下,这个Gilbreath Permutation还被用来在计算机排序的时候,如果有D的磁盘,L个block,我们无法同时在一个磁盘上度多个block,那么这个block的读取顺序就至关重要,而Gilbreath Permutation满足这样的特性,能够轻而易举地构造出,每D个读取单元内,都是在不同磁盘上的block而不会冲突,因为每个D长度的都是这D个磁盘的重排,引入了随机性,又不会破坏我们的要求,这个方法叫做“improved superblock stripping”,被记载在了Donald Knuth的计算机科学圣经《The Art of Computer Programming》中。
说实话,学到这里,我是第一次发现魔术和数学,和计算机科学,竟然有着这么紧密的联系,紧密到性感的联系。自从1958年,Gilbreath在Linking Ring上发表了这个魔术原理,又经过Martin Gardner等一系列数学和魔术大师的修缮应用,这一议题直到今天一直散发着它的活力。
到此,Gilbreath的相关基本数学内容就介绍完了,接下来,我们来看下利用这个原理做的魔术,中间也会涉及到一些数学理解和魔术方面的设计,敬请期待。
最后放几个后面要讲的表演视频,下一期开始,我们正式进入魔术部分!
视频1 Gilbreath四重预言
视频2 20张的占卜术
视频3 同花or顺子
视频4 esp卡片巧合
视频5 双重洗牌预言
视频6 the anwser to the universe
我们是谁:
MatheMagician,中文“数学魔术师”,原指用数学设计魔术的魔术师和数学家。既取其用数学来变魔术的本义,也取像魔术一样玩数学的意思。文章内容涵盖互联网,计算机,统计,算法,NLP等前沿的数学及应用领域;也包括魔术思想,流程鉴赏等魔术内容;以及结合二者的数学魔术分享,还有一些思辨性的谈天说地的随笔。希望你能和我一起,既能感性思考又保持理性思维,享受人生乐趣。欢迎扫码关注和在文末或公众号留言与我交流!
扫描二维码
关注更多精彩
Gilbreath原理中的数学与魔术(一)——Gilbreath Shuffle & First Principle
扒一扒那些叫欧拉的定理们(十二)——经济学里的欧拉定理
Si Stebbins Stack中的数学与魔术(十一)——《Woody on Stebbins》作品赏析
袁亚湘院士上《开讲啦》变数学魔术啦!
如果道具不能检查,那就毁了它!(二)——一般道具篇
点击阅读原文,往期精彩不错过!
Gilbreath原理中的数学与魔术(二)——Ultimate Gilbreath 原理 Mandelbrot 集合相关推荐
- Gilbreath原理中的数学与魔术(九)——Max Maven作品选
早点关注我,精彩不迷路! 在前面的文章中,我们已经基本完成了Gilbreath Principle两条原理的数学讲解和魔术应用的全部内容,相关内容请戳: Gilbreath原理中的数学与魔术(八)-- ...
- 文字对称中的数学与魔术(二)——英文字母到单词的对称性
早点关注我,精彩不错过! 在上一篇文章中,我们引入了语言文字对称性这个领域,重点介绍了阿拉伯数字的对称性,相关内容请戳: 文字对称中的数学与魔术(一)--阿拉伯数字的对称性 今天我们接着介绍英文的对称 ...
- Si Stebbins Stack中的数学与魔术(十一)——《Woody on Stebbins》作品赏析
早点关注我,精彩不迷路: 在前面的文章中,已经陆续介绍过<Woody on Stebbins>系列的作品了,这也是我在写这个系列的时候难得的参考,里面很多魔术演绎方法和数学应用方式都十分的 ...
- 机器学习中的数学——点估计(二):矩估计
分类目录:<机器学习中的数学>总目录 相关文章: · 点估计(一):基础知识 · 点估计(二):矩估计 · 点估计(三):极大似然估计/最大似然估计(Maximum Likelihood ...
- 生活中的数学问题(二)
/**************************************** * File Name : math.c * Creat Data : 2015.1.24 * Author : Z ...
- NOIP初赛 CSP-J1 CSP-S1 第1轮 初赛 信奥中的数学知识(二)
一.计算机基础部分 bios bios_百度百科 如果某个进制下7*7=41等式成立,那12*12=? 如果某个进制下7*7=41等式成立,那12*12=?_百度知道 计算机加电后操作系统启动过程 计 ...
- 计算机原理中的二进制除法,多字节除法--汇编实现原理
2.1长除法 长除法适用于整式除法.小数除法.多项式除法(即因式分解)等较重视计算过程和商数的除法,过程中兼用了乘法和减法. 长除法与手工计算除法方法一致. 以8592÷24为例: 从计算过程可以看出 ...
- 区块链中的数学(四十二)---基于RSA的VRF(随机可验证函数)
文章来源区块链技术公众号"blocksight",原文欢迎关注! 写在前面 上一节说了VRF(随机可验证函数)概述,由于VRF是与公钥密码学相结合的,自然少不了最常见的公钥密码学体 ...
- 信奥中的数学学习资料汇总(2022.10.31)
信奥中的数学之入门组(面向小学四年级至六年级以及初一学生) 信奥中的数学之入门组(面向小学四年级至六年级以及初一学生)_dllglvzhenfeng的博客-CSDN博客 信奥中的数学学习:小学.初高中 ...
最新文章
- 管道:介绍和基本服务
- USACO JANUARY——矩形[rects]
- 图灵社区 : 阅读 : 谁说Vim不是IDE?(三)
- 去O入云的探索--Oracle到MySQL的迁移改造方案
- git pull没有更新成功_关于git pull时出现的问题及解决反思
- 企业发展如何启动云的力量
- 干货 | 深度文本分类综述(12篇经典论文)
- APIcloud启动页
- sublime text 安装及使用
- MD5加密(加盐),为什么要在密码里加点“盐“
- 【Java异常】Variable used in lambda expression should be final or effectively final
- Mac M1芯片 安装vmware 和ubuntu 以及换源全过程
- html 登录界面js代码,详解JS实现系统登录页的登录和验证
- 基于Android的班级同学录校友录系统app
- 智博通 ZBT WG2626原机编程器
- SpringBoot+Vue实现前后端分离的宠物医院管理系统
- asp功放怎么装_功放音响安装—教您如何安装功放音响
- 简易钓鱼网站的构建(Kali SetoolKit)
- 聚名:拼音域名选择和投资的技巧
- 推荐一款不错的播放器客户端——乐鱼播放器