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空心方阵是一种特殊的队列排列形式，它是从实心方阵中去掉内部人员后形成的中间为空的正方形结构。我们可以看到2层、3层、4层空心方阵的形成过程，每个方阵都具有多层结构，从外到内逐层排列。
空心方阵的人数分布遵循明确的数学规律。当最外层每边有n个人时，该层的总人数为4乘以n减1。这是因为四条边各有n个人，但四个角的人被重复计算了，所以要减去4个人。内层的边长依次减2，人数按相同公式计算。
四层空心方阵是一个复杂的多层结构。从最外层开始，每向内一层，边长就减少2个单位。我们用不同颜色来标识各层：蓝色是第一层最外层，绿色是第二层，橙色是第三层，红色是第四层最内层。这种层次分明的结构为我们的计算提供了清晰的框架。
现在开始逆向推导解题过程。已知最外层有40人，利用公式4乘以n减1等于40，可以求出n减1等于10，所以n等于11。然后依次计算各层边长：第二层是11减2等于9，第三层是9减2等于7，第四层是7减2等于5。最后计算最内层人数：4乘以5减1等于4乘以4等于16人。
让我们验证计算结果的正确性。第一层40人，第二层32人，第三层24人，第四层16人，完全符合我们的计算。空心方阵问题的解题方法可以总结为：首先利用公式求出最外层边长，然后依次减2得到各层边长，最后用公式计算目标层的人数。因此，四层空心方阵最外层40人时，最内层有16人。