Mechanický hlavolam

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. listopadu 2021; kontroly vyžadují 6 úprav .

Mechanické puzzle je puzzle prezentované jako sada mechanicky propojených kusů.

Historie

Nejstarší mechanický hlavolam pochází z Řecka a pochází ze 3. století před naším letopočtem. Hra se skládá ze čtverce rozděleného na 14 částí. Cílem hry je vytvořit z těchto dílků různé tvary. To není tak snadné (viz například stomachion ).

V Íránu byly „tajné zámky“ vyrobeny v 17. století našeho letopočtu. Další známý vzhled hádanek se nachází v Japonsku . V knize z roku 1742 je zmínka o hře s názvem „Sei Shonagan“. Kolem roku 1800 se stala populární hra Tangram z Číny a o dvacet let později se hra rozšířila do Evropy a Ameriky.

Firma Richter z Rudolstadtu zahájila kolem roku 1891 výrobu velkého množství různých tangramovitých figurek, tzv. „Puzzle Anchors“.

V roce 1893 napsal Angelo John Lewis pod pseudonymem „Profesor Hoffman“ knihu s názvem Hádanky; Staré a nové “ (Hádanky; staré a nové). Kniha obsahovala mimo jiné více než 40 popisů hádanek s tajnými otevíracími mechanismy. Kniha se rozrostla v průvodce logickými hrami.

Začátek 20. století byl dobou, kdy byly hlavolamy velmi módní a byl vydán první patent na hlavolamy. Puzzle zobrazené na obrázku, vyrobené z 12 stejných dílků W. Altekruse v roce 1890, je příkladem takového puzzle.

Vynález moderních polymerů značně zjednodušil a zlevnil výrobu mechanických hlavolamů.

Kategorie

Skládací puzzle

V této kategorii je puzzle prezentováno jako sada komponent a cílem je sestavit nějakou figurku. Catfish Cubes , vytvořené Petem Heinem , pentomino Solomona Golomba , výše zmíněná hra s tangramem a „Anker Puzzles“ jsou příklady takových hádanek. Navíc do této kategorie patří i problémy, kdy je třeba detaily zabalit do zdánlivě příliš malé krabice.

Obrázek ukazuje variantu Hoffmanovy hádanky, vynalezené v roce 1978. Cílem úlohy je zabalit 27 obdélníkových krabic se stranami A, B, C do krabice se stranami A+B+C splňující dvě omezení:

1) A, B, C se nesmí rovnat 2) Nejmenší z čísel A, B, C musí být větší než

Jednou z možností je A=18, B=20, C=22 a krabice by měla být 60x60x60. Sám Dean G. Hoffman (vynálezce hádanky) píše, že čas na vyřešení se může lišit od 20 minut do několika hodin.

Moderní nástroje, jako je řezání laserem , umožňují vytvářet složité dvourozměrné puzzle ze dřeva nebo akrylu. V poslední době to převládá a vznikají hádanky neobvyklé dekorativní geometrie. To umožňuje mnoho způsobů rozdělení oblastí do opakujících se tvarů .

Počítače slouží k vývoji nových hlavolamů, umožňují vyčerpávající výčet - pomocí počítače lze hlavolam navrhnout tak, aby měl co nejmenší počet řešení, nebo řešení vyžaduje co nejvíce kroků. V důsledku toho může být řešení takových hádanek velmi obtížné.

Použití průhledných materiálů umožňuje vytvářet puzzle, ve kterých musí být dílky umístěny na sebe. Cílem je vytvořit konkrétní vzor, ​​vzor nebo barevné schéma. Například jedna z hádanek se skládá z několika disků, ve kterých jsou sektory prstenů různých velikostí namalovány různými barvami. Disky jsou naskládány jeden na druhý, aby vytvořily barevné kroužky (červená => modrá => zelená => červená).

Rozebíratelné puzzle

Hádanky v této kategorii se obvykle řeší otevřením nebo rozebráním. Tato kategorie zahrnuje hádanky s tajným otevíracím mechanismem a otevírají se metodou pokusu a omylu . Kromě toho se do této kategorie považují také puzzle skládající se z několika kovových dílů, které jsou nějakým způsobem spojeny.

Dvě hádanky zobrazené na obrázku jsou zvláště dobré pro party, protože je snadné je vyřešit, ale ve skutečnosti mnoho lidí tento problém vyřešit nedokáže. Problémem je zde tvar dílů - spojovací uzly jsou kónické, a proto se mohou pohybovat pouze jedním směrem. Každá část má však dva různé směry zkosení se sousedními částmi, takže jednu část nelze vytáhnout v žádném směru.

Do této kategorie spadají krabičky zvané tajné krabičky s mechanismem tajného otevírání, mimořádně oblíbené v Japonsku. Tyto rakve obsahují více či méně složitý, obvykle neviditelný mechanismus otevírání. Existuje obrovská škála otevíracích mechanismů, jako jsou subtilní panely, které je třeba posunout, naklápěcí mechanismy, magnetické zámky, pohyblivé tyče, které je třeba otočit do určité polohy, a dokonce i zámky s časovačem, pro které musí být předmět držen. v určité poloze, dokud kapalina nenaplní nějakou (vnitřní) nádobu.

Spojkové hlavolamy

Ve spojovacích hádankách jeden nebo více dílků drží zbytek dílků pohromadě nebo dílky drží navzájem. Cílem hlavolamu je zcela rozebrat a poté znovu složit hlavolam. Příkladem jsou známé čínské dřevěné uzly.

Rozložení i opětovné složení může být náročné – na rozdíl od skládacích skládaček se dílky v těchto skládačkách většinou jen tak nerozpadnou.

Úroveň obtížnosti je obvykle definována počtem pohybů potřebných k odstranění prvního dílku původní skládačky.

Na obrázku je jeden z nejznámějších zástupců této kategorie, čínský dřevěný uzel. Konkrétně tato verze uzlu, navržená Billem Cutlerem, vyžaduje 5 tahů k uvolnění prvního dílku skládačky.

Historii těchto hlavolamů lze vysledovat až do počátku 18. století [1] [2] . Katalog Bastelmeier z roku 1803 obsahoval dvě hádanky tohoto druhu. Dva takové hlavolamy obsahuje i výše zmíněná kniha hlavolamů profesora Hoffmana.

Na začátku 19. století převzali trh s těmito hračkami Japonci. Vytvořili mnoho her všech druhů a tvarů - zvířata, koně a další předměty - zatímco západ se točil kolem geometrických tvarů.

S pomocí počítače, není to tak dávno, co bylo možné analyzovat celou sadu her. Tento proces zahájil Bill Cutler analýzou všech čínských dřevěných uzlů. Od října 1987 do srpna 1990 bylo analyzováno všech 35 657 131 235 různých variant. Výpočty byly provedeny na několika počítačích a trvaly by celkem 62,5 roku, pokud by byly provedeny na jednom počítači.

U jiných figurek, než je čínský dřevěný uzel, dosáhla úroveň obtížnosti 100 tahů před odstraněním prvního dílku skládačky, což je úroveň, při které by člověk musel pracně hádanku vyřešit. Vrcholem vývoje tohoto puzzle jsou puzzle, u kterých přidání malého počtu dílků zdvojnásobí obtížnost.

Počítačová analýza však vedla i k pohybu opačným směrem – protože moderní programy neumožňují rotaci částí hlavolamu, existuje trend vytvářet hlavolamy, jejichž řešení musí zahrnovat alespoň jedno otočení. V takovém případě budete muset vše vyřešit ručně.

Před vydáním projektu RD Design Project z roku 2003 od Owena, Charnleyho a Stricklanda nebylo možné hádanky bez pravých úhlů efektivně analyzovat na počítači. Steward Coffin vytváří hádanky založené na kosočtverečném dvanáctistěnu od 60. let minulého století. To umožnilo použití trojúhelníkových nebo šestihranných tyčí. Puzzle tohoto druhu mají často extrémně nestejné součásti, které se v regulérní figuru promění až na samém konci sestavy. Navíc úhly 60° vyžadují, aby se některé předměty pohybovaly společně. Hlavolam Rosebud je hlavním představitelem takových hlavolamů - v tomto hlavolamu je třeba 6 dílků přesunout z jedné krajní polohy, ve které se dotýkají pouze svými hroty, do středu kompletního předmětu.

Rozplétání a rozplétání hádanek

U hlavolamů tohoto druhu je cílem odháknout kovový nebo provazový kroužek z předmětu. Topologie hraje v těchto hádankách důležitou roli .

Obrázek ukazuje oddělovací verzi skládačky. Ačkoli to vypadá jednoduše, je to docela obtížné - většina stránek s hádankami to řadí mezi ty nejobtížnější.

Drátěné hádanky (anglicky: Vexiers) jsou jiný druh oddělovacích hádanek. Potřebují uvolnit dvě nebo více částí drátu. Také se množily během všeobecného šílenství hlavolamů na konci 19. století. Většina drátěných hlavolamů naší doby pochází z tohoto období.

Takzvané prstenové puzzle, mezi které patří čínské prsteny, jsou jiným druhem drátěného puzzle. U těchto hlavolamů je třeba uvolnit dlouhou drátěnou smyčku z pout kroužků a drátů. Počet kroků potřebných k uvolnění smyčky často exponenciálně závisí na počtu kroužků v hádance. Běžný typ, ve kterém jsou kroužky spojeny s tyčí pomocí lan (nebo ekvivalentů kovu), má schéma řešení shodné s binárním Grayovým kódem, ve kterém se každé slovo liší od dalšího pouze o jeden bit.

Pozoruhodný je hlavolam známý jako čínské prsteny, Cardanovy prsteny, Meledovy nebo renesanční puzzle. Hádanka byla zmíněna v rukopise Lucy Pacioliho De Viribus Quantitatis kolem roku 1500 jako „Problém 107“. Stejná hádanka je zmíněna ve vydání Gerolama Cardana De subtililate z roku 1550. Přestože hlavolam patří do třídy rozpojovacích hlavolamů, jeho řešení lze znázornit jako binární matematický postup.

Existuje legenda, že ve středověku dávali rytíři svým manželkám čínské prsteny, aby si v době jejich nepřítomnosti manželky daly na čas. Krčmové hlavolamy vyrobené z oceli byly dobrou praxí pro kováře [3] .

Bohr, Niels použil oddělovací hádanky zvané Tangloids (Tangloids), aby studentům demonstroval vlastnosti rotace .

Papírové skládací puzzle

Cílem tohoto žánru hlavolamů je skládat papír tak, abychom ve výsledku dostali určitý vzor. V zásadě lze hádanku " Magic Rubik " přiřadit do stejné kategorie. Nejlepší příklad je na obrázku. Úkolem je složit čtvercový list papíru tak, aby k sobě čísla bez mezer přiléhala a vytvořila čtverec.

Dalším papírovým skládacím puzzle je skládání brožur a map měst. Ačkoli čáry ohybu často naznačují, kde se má skládat, může být velmi obtížné skládat papír přesně tak, jak byl. Důvodem je, že proces skládání je navržen speciálně pro skládací stroj, což optimalizuje proces stohování, a toto optimální stohování není vždy napodobeno běžnými lidmi.

Puzzle zámky

Tyto hádanky, také nazývané bezpečnostní zámky , jsou zámky (často visací zámky ), které mají neobvyklý zamykací mechanismus. Cílem je otevřít zámek. Pokud dostanete klíč, neotevře zámek obvyklým způsobem. U některých zámků může být obtížné obnovit původní stav.

Plavidla s tajemstvím

Jsou to nádoby „s twistem“. Cílem hádanky je vypít nebo vylít obsah nádoby, aniž by se rozlila kapka. Hádanka je prastará forma hry. Řekové a Féničané vyráběli nádoby, které se musely plnit přes dno. V 9. století bylo v turecké knize podrobně popsáno mnoho různých nádob . V 18. století vyráběli tento typ nádoby na pití i Číňané.

Jedním z příkladů je plavidlo s tajemstvím . V hrdle této nádoby je vytvořeno mnoho otvorů, které umožňují nalití tekutiny do nádoby, ale znemožňují vylití tekutiny z nádoby. Uchem nádoby a po horním okraji k výlevce prochází nenápadný kanálek. Pokud uzavřete horní otvor na rukojeti prstem, můžete z nádoby pít tekutinu a nasávat ji jako brčkem.

Nemožné předměty

Nemožné předměty jsou předměty, které se na první pohled zdají nemožné. Nejznámějším nemožným předmětem je loď v láhvi . Cílem hádanky je zjistit, jak se tam předmět dostal. Dalším známým hlavolamem je kostka ze dvou částí, zaháknutá na čtyřech místech s nerozebíratelnými spoji ( příklad ). Řešení těchto hádanek mohou ležet na různých místech. Existuje mnoho předmětů, které spadají pod popis takových hlavolamů - láhve, které obsahují příliš velké předměty (viz nemožné láhve , japonské mince s otvory, které obsahují dřevěný šíp s kroužkem, dřevěné koule v dřevěném rámu a mnoho dalšího.

Jablka se šipkou na obrázku jsou vyrobena z jednoho kusu dřeva. Otvor v jablku je příliš malý na to, aby se do něj prostrčila šipka, a není zde žádná známka lepení.

Dovednostní hádanky, šlehače

Hry v této kategorii nejsou, přísně vzato, logickými hrami, protože zde hraje hlavní roli trpělivost a zručnost. Často je cílem naklonit krabičku s průhledným víkem, aby se míček dostal do otvoru.

Hádanky s pohyblivými segmenty

Hádanky v této kategorii vyžadují několik manipulací, aby se puzzle dostaly do požadovaného stavu. Známé hádanky tohoto typu jsou Rubikova kostka a Hanojská věž . Tato kategorie také zahrnuje hádanky, ve kterých musí být jeden nebo více dílků přesunuto na místo. Z tohoto druhu hádanek je nejznámější „ Hra 15 “ . Dalšími příklady jsou Rush Hour nebo hry Sokoban .

Rubikova kostka způsobila v této kategorii nebývalý boom. Bylo vyrobeno velké množství variací hlavolamu. Byly vyvinuty kostky o velikosti od 2x2x2 do 22x22x22, stejně jako mnoho dalších geometrických tvarů, jako je čtyřstěnný a dvanáctistěnný . Změnou orientace os rotace je možné vytvořit řadu hlavolamů se stejným základním tvarem. Navíc můžete získat obdélníkové hádanky odstraněním jedné vrstvy z kostky. Tyto pravoúhlé puzzle získávají během manipulace nepravidelné tvary.

Obrázek ukazuje další, méně známou podobu těchto hádanek. Hádanka je dostatečně jednoduchá na to, aby ji bylo možné vyřešit metodou pokus-omyl, na rozdíl od Rubikovy kostky, kterou je takto obtížné vyřešit.

Další pozoruhodné hádanky

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Miláček, 2004 , str. 49.
  2. ↑ The Burr Puzzle Site , "Historický přehled" , IBM Research 1997 archivováno 3. listopadu 2012 .
  3. ↑ Morris, 2007 , str. 99-104.

Literatura