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【张力论文1】主要探讨的是类比思想在解题中的应用。类比是一种通过将新问题与已解决的问题相联系,以利用已有知识解决新问题的策略。论文指出,类比解题不仅关注问题之间的表面相似性,更重要的是建立两者间的对应关系。 在论文中,作者强调了“一致的关系”是类比的核心。这里的“一致关系”并非简单的相似性,而是指两个问题之间存在的一一对应的映射关系。如果仅依赖表面的相似性来解决问题,可能会导致机械地套用已知方法,无法发现问题的本质联系,也就无法找到最佳的解决方案。真正的类比应该是基于两个问题间本质的一一对应,这样才能将未知问题转化为已知问题,从而有效解决。 论文通过“整数拆分”与“因数分解”的例子,展示了如何运用类比思想。整数拆分问题是将一个正整数拆分成若干小于该数的正整数之和,而因数分解是将一个数分解为它的因子。这两个问题看似不同,但可以通过类比找到它们之间的对应关系,即每个拆分的部分与因数对应,从而用解决因数分解的方法处理整数拆分问题。 论文还提到了解决整数拆分问题的两种方法:递归枚举和母函数。递归枚举法虽然能找出所有解,但效率低下,特别是在大数情况下。而母函数方法则可以更高效地求得解的数量,体现了类比思维在提高解题效率上的价值。 这篇论文深入探讨了类比思维在解决数学问题中的作用,强调了建立问题间本质对应关系的重要性,并通过实例展示了如何运用类比方法来转化问题和提高解题效率。这对于教育、科研以及日常问题解决都具有重要的启示意义。
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作者:张力 1999.12.5 类比思想在解题中的应用 第 1 页 共 12 页
类比思想在解题中的应用
【关键字】 思想;类比;相似性;对应。
【摘要】:
类比,是一种试图建立未知的问题与已知的问题之间的
联系,从而利用已知的解题方法去解决新的问题的思路。本
文首先通过分析具体的例子,指出类比解题不仅仅是注意到
了表面上的相似性,更是建立了已知问题和未知问题之间的
对应关系。然后,本文将通过另一个例子,论述表面相似性
与内在的对应之间的关系,并且指出利用类比解题的过程是
从表面相似性上升到一一对应的过程。
引:解题,从熟悉的地方开始
面对一个新的问题应该如何着手去分析解决呢?
从熟悉的地方开始着手。这是生活中人们常常采用的方法:希望面对
的难题与以前解决过的某个问题是相同的,或者至少类似的;由此就可以
获得值得借鉴的经验。面对一个陌生的问题,试图把它和某个熟悉的问题
联系起来,借助熟悉的知识和熟悉的方法来解决新问题,是自然的想法。
这种寻找未知问题和已知问题之间联系的思想,可以称为 类比。更确
切的说,“
如果两个系统的各自的各部分之间,存在某种一致的关系的话 ,
则称两个系统是可以类比的。
”
1
如何理解定义中所说的“一致的关系”呢?
如果只简单的把“存在某种一致的关系”理解成一种含糊的相似性。那
么类比就完全归结为人的主观的感觉,这种主观上的“似曾相识”是不能够
作为分析问题、解决问题的依据的。然而类比的思想的确被广泛的应用于
解决各种问题,说明类比的本质是另一种比表面上的相似性更可靠和更有
说服力的“一致关系”。事实上,类比是建立在两个问题之间的一种一一对
应的映射关系。本文的第一部分,正是试图阐述这一本质上的“一致关系”。
然而两个问题之间的本质联系并不是那么容易得到的。人们在对问题
的最初的分析中,注意到的往往还是表面上(甚至只是文字上)的相似性。
希望直接得到两个问题之间相互对应和相互转化的关系是不现实的。因此,
最初观察到的表面上的相似性虽然有些不可靠,但是至少它能够为分析问
题指出方向,由此尝试着建立问题之间的对应关系。正如本文第二部分将
要阐述的,利用类比解题的过程是从模糊到清晰,从表面到本质的分析过
程。
1
引自参考书目i(《数学与猜想》)第二章。
作者:张力 1999.12.5 类比思想在解题中的应用 第 2 页 共 12 页
接下来的两个部分,就将探讨类比过程中,表面的相似和本质的对应
之间的关系。
类比的本质,一一对应的关系
类比作为一种分析问题的思想方法,目的是希望将不熟悉的知识转化
为熟悉的知识,将未知的问题转化为已知的问题。
如何实现这一转化,取决于如何对两个问题进行类比。如果仅考虑到
两个问题表面上的相似性,那么很可能会机械的模仿已知问题的解决方法,
来解决新问题。这种想法缺乏严谨可靠的支持,难以保证在实际解题中能
够成功。即使成功了,也是知其然而不知其所以然,没有发现问题之间本
质的联系,往往得不到最好的解决方法。而当类比过程中两个问题之间存
在一种对应关系,未知问题中的所有描述对象和操作,在已知问题中都有
与之一一对应的内容,那么整个未知的问题就可以通过这种一一对应的映
射关系,转化为已知的问题,也就可以应用已知问题的解决方法来解决它。
下面的例子就是如此。
【“整数拆分”与“因数分解”】
整数拆分:将一个正整数 n,拆分为一组小于 n 的正整数的和(不考
虑这组正整数排列的先后次序)。求总共有多少组可能的拆分。
1
这是一道众所周知的组合计数问题。解决的方法有两种:
1 利用递归的枚举解题模型。(对应程序名 DIVIDE1.PAS)
将问题描述为:求满足等式
)1(
21321
naaaaaaan
mm
的所有正整数组(a
1
,a
2
,a
3
,a
4
……,a
m
)的总数。为此,可以采用递归
枚举的方法逐个确定每一个 a
i
从而求出所有的解,并统计总数。
设 D(k,n)为将 n 拆分成一组不小于 k 的正整数的和的解的数目。
例如,a
1
可以选取 1…[n/2]之间的任意整数,剩下的 n-a
1
可以拆分成
不 小 于 a
1
的 若 干 个 整 数 的 和 。 于 是 对 于 a
1
, 有
]2/[1
11
1
),(),1(
na
anaDnD
;
而对 a
2
,有
}2{1
}2{),(),(
]2/)[(
21211
121
个数若只拆分成
个以上的数若拆分成
anaa
aanaDanaD
由此不难得出问题的递归求解式
1),(),(
]2/[
nik
iniDnkD
;
问题的解等价于
1),1( nD
( 减一以除去 n = n 的拆分方案 )。
由于原问题只要给出解的总数,而这一算法在计算过程中求出了所有
的解,所以枚举算法的效率在 n 较大的时候是很低的。
2 母函数解题模型。(对应程序名 DIVIDE2.PAS)
设拆分的这组正整数中 1 出现的次数为 x
1
,2 出现的次数为 x
2
,等等,
那么问题可以描述为:求不定方程
)0(**21
21
ink
xnxnxkxx
的整数解的总数。于是就可以利用构造母函数,来求不定方程的整数解的
1
问题来自参考书目ii(《算法设计》)4.2.4。
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张景淇
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