约翰逊先生有一个非常小的烤架,只能烤两份牛排。他的妻子和女儿贝茜非常饿。问题是在尽可能短的时间内烤三块牛排。

约翰逊先生:让我想想,烤一面要10分钟,烤两面牛排要20分钟。因为一次只能烤两块牛排,所以烤20分钟,烤第三块牛排需要20分钟,所以总共需要40分钟。

贝齐:爸爸,你可以快点了。我刚刚计算过你可以节省10分钟。多聪明啊!贝特西怎么想?

为了解释贝特西的算法,牛排被标记为a、b和c,每一面被标记为1和2,A1和B1在最初的10分钟内烘烤。

E.将牛排b放在一边,在第二个10分钟内烘烤A2和C1。牛排a吃完了。

在接下来的时间里烘焙B2和C2。三份牛排只需要30分钟,对吗?

总体战略

这个简单的组合问题是现代数学的一个重要分支,叫做“运筹学”。当一个人面对一系列的任务并想在尽可能短的时间内完成它们时,制定工作时间表的最佳方式并不明显。起初,似乎最好的方法可能更好。在这个问题上,我们突然意识到,在牛排的第一面烤好后,没有必要马上烤另一面。

像这样简单的问题可以从许多方面总结。例如,你可以改变一次可以在烤架上烤的牛排的数量,或者需要烤的牛排的数量,或者两者都可以。此外,还可以考虑具有两个以上边的对象,每个边都必须以某种方式“完成”。例如,一个人可以把n个立方体涂成红色,但是一次只能把k个立方体的顶部涂成红色。

如今,运筹学已被用于解决商业、工业和军事战略等许多领域的问题。为了应用解决牛排问题的简单原则,考虑以下问题。

琼斯夫妇有三件家务要做:

1.他们的地板需要吸尘。他们只有一台吸尘器,需要30分钟。

草坪需要修剪,他们只有一台割草机,工作也需要30分钟。

他们的孩子需要30分钟才能吃饱并上床睡觉。

他们应该如何安排这些任务在尽可能短的时间内完成?你认为这个问题和牛排问题一样吗?如果琼斯先生和夫人一起工作,也许有人想在60分钟内完成。然而,如果一项工作,如吸尘,被分成两半,后一半被延迟(如牛排,相同的主题),那么这三项工作只需要3/4的时间,即45分钟。

下面是一个更复杂的运筹学问题:要做三片黄油吐司,烤箱是老式的,两边各有一扇挂着的门。它可以一次烤两片面包,一次一片,一次只烤一片。门必须两边都打开才能翻转。放入一块面包需要3秒钟,取出一块面包需要3秒钟。翻转需要3秒钟,所有这些操作都是用双手完成的。因此,两片面包不能同时放入或翻转。当一片面包被放入、取出或翻转时,奶油不能涂在另一片面包上。烘烤一条面包需要30秒,涂一片面包需要12秒。每片面包只能在一面涂上黄油,但只能在烘烤的一面涂。烤一块面包的一面,涂上奶油,然后放进烤箱烤另一面。烤箱已经预热过了。面包烘烤和涂黄油需要多长时间?

不难计算这项工作需要2分钟。然而,你需要使用以下观点,整个时间可以减少到114秒:一片面包先被烘烤,翻转,然后烘烤,直到它完成。

用最熟练的方法制定工作时间表并不容易。在制定时间表时,无数实际问题比这个例子复杂得多,需要非常复杂的数学技能,包括计算机和现代图论。