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在这个问题中,我们有1000瓶酒,其中只有一瓶含有毒药。我们需要用10只老鼠,以最快的方式找出哪一瓶酒有毒。最优解是使用二进制编码方法,这样只需要一轮测试就能找出毒酒。
首先,我们需要将1000瓶酒从1到1000进行编号。然后,将每个酒瓶的编号转换为10位的二进制数。因为2的10次方等于1024,足够表示1000个编号。例如,1号酒瓶的二进制表示是0000000001,2号酒瓶是0000000010,3号酒瓶是0000000011,以此类推,直到1000号酒瓶,其二进制表示是1111101000。这种二进制编码是我们解决方案的基础。
接下来,我们将10只老鼠分别对应二进制数的10个位置。例如,老鼠1对应最低位(第0位),老鼠2对应第1位,以此类推,直到老鼠10对应最高位(第9位)。喂食规则是:如果某个酒瓶的二进制编号在第i位上是1,就给对应第i+1只老鼠喂一滴这瓶酒。例如,对于3号酒瓶,其二进制是0000000011,第0位和第1位是1,所以给老鼠1和老鼠2各喂一滴。对于1000号酒瓶,其二进制是1111101000,第3、6、7、8、9位是1,所以给老鼠4、7、8、9、10各喂一滴。
完成喂食后,我们等待足够的时间,然后观察哪些老鼠死亡。根据死亡的老鼠,我们可以构建一个10位的二进制数。如果第i+1只老鼠死亡,则二进制数的第i位为1;如果存活,则为0。例如,如果老鼠1、老鼠3和老鼠5死亡,而其他老鼠都存活,那么对应的二进制数是0000010101。将这个二进制数转换为十进制,得到16+4+1=21。因此,我们可以确定21号酒瓶含有毒药。这种方法只需要一轮测试就能找出毒酒,是最快的解决方案。
让我们总结一下这个问题的解决方案。使用二进制编码法,我们只需要一轮测试就能在1000瓶酒中找出唯一的毒酒。这种方法的关键在于,n只老鼠可以处理最多2的n次方瓶酒,因此10只老鼠可以处理最多1024瓶酒,足够解决我们的1000瓶酒问题。从信息论的角度看,每只老鼠提供了1比特的信息,死亡表示1,存活表示0。这种方法是时间效率最优的解决方案,因为它只需要一轮测试,而且使用的老鼠数量也是最少的。这个问题展示了如何通过巧妙的编码方式,高效地解决看似复杂的问题。