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四色問題從1852年問世以來,人類還沒有獲得數學界公認的理論證明。上世紀70年代美國學者給出了不可閱讀、不可人工檢視的十分冗長繁雜計算機“證明”,對此,業界持有兩種觀點:一是認可,但希望有一個數學證明,特別是簡短的證明;二是不予認可,因為用計算機證明至少失去了數學本身應有的邏輯規範和價值,僅僅是一本電話簿而已。時至今日,在國內外的科研院所和高校在,有不少專家學者仍在探索四色問題的理論證明。
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  • 1 # 自然獵奇

    許進老師花了幾年時間,獲得了幾百頁的系列成果,很令人期待。也看到幾位同行專家的肯定的評價,雖然他們都沒有確認四色問題的純數學證明的完全正確。我作為觀察者,有下面幾點看法供各位參考:

    許進在2012年給出的數學證明,我雖然沒有看到,但有理由寄予期望。顯然需要更權威的專家的確認。估計此項工作已經有人在做。

    許進把地圖四色定理和相應的平面圖四色定理的證明,歸結為極大平面圖(它的結構和著色方法研究)的可著色問題,這本身至少是對於此項問題的推進,而且研究本身也顯然是已經對於人類關於圖論知識的擴充套件。值得學習。

    並非因為作為圖論問題處理太難,而是問題本身難,所以我在前面的討論中認為你和雷明對於這一點估計不足,我冒昧地建議,還是不要輕易得出“證出來了”的結論為好,即使是找別人看,最好也不要一心要求人家“認可”(許進的證明也還沒有得到正式認可!),而是要求改進意見和指出錯誤和不妥之處,這樣就會離成功越來越近。

    我想,“科學智慧火花”網站作為一個民間的組織,做到這裡,也確實沒有辦法了。你所提到的中科院的《圖論組合網路研究中心》,與正規學術刊物不同,人家也沒有義務審查。那麼,唯一的出路就是直接投給正規學術刊物了。

    為此,我放棄了我不介入四色問題純數學證明細節的“初衷”,決定看一下你的證明(以前沒有看過),很快發現一些應該改進的地方,所以建議你不要急於投稿發表,應該先把證明寫好。下面的問題僅供參考

    引理1,2是已有的定理,本來不必作為引理,但由於是針對地圖的,最好把定理的出處和定理的條件與結論寫清,感覺你的敘述很不嚴謹。

    引理3是個比較大的問題,你所給出的不是一個命題(要有條件和結論)!另外,你只是給出對於一個國家C及其鄰國的著色方法,而不是對於一個地圖(所有國家)的著色方法!其它國家如何著色沒有講。一定要把“圈著色”方法介紹清楚。“圈著色”完成後,地圖是什麼狀態?這些不交代清楚,後面的就看不下去了。後面歸納假設中,“且是在滿足引著色模式H下,和四著色要求對k個國家完成著色。”,不知何為,四著色要求對k個國家完成著色”又是指的什麼?

    另外,這種著色方法是你提出的方法還是別人已經提出的方法?應該說明。

    由於你的證明的敘述不夠嚴謹,我猜想其中有兩個關鍵問題,可能沒有注意到:

    你的“H-模式”N=6時是可行的,但對於N=k(k可能很大!),這時的“H-模式”如何進行?沒有說!對於m+1個國家著色後,還有許多國家沒有著色,下一次著色的國家及其鄰國,如果包含一個或幾個已著色的國家,你的“H-模式”如何進行?

    另外,我估計你在後面的N=k+1情形的證明中,也有疑問:你令E=P+Q,形成k個國家的地圖,按歸納假設,可4-著色,這時的著色是不可隨意區域性變動的!我估計你為了對於P和Q進行著色,好像對於原來E(=P+Q)的鄰國的著色做了變動,這可是有問題的!——被你改變了顏色的國家,為了保證鄰國不同色,其鄰國的顏色可能也不得不改了吧?!

    附:陳陶的“簡證”:

    三 引理

    ​引理1 不可能有五個國家處於這樣的位置,其中每個國家都和其餘四個國家相鄰(德.摩根定理。鄰國,即有共同邊界的國家)。

    ​引理2 在每一幅地圖中,至少有一國的鄰國個數不大於五(肯普定理)。

    ​引理3 以C國為“中心”,設C的鄰國個數為m,對這m個國家著色,若m是偶數,則用1與2相間著色;若m是奇數,則用1與2相間著色,最後一國著色3。把這種關於C國的鄰國的著色的模式記為H,簡稱為著色模式H(1、2、3、4為顏色程式碼,不會混淆。引理3實為“圈”著色最優原則)。

    ​四 證明四色猜想

    ​證明:眾所周知,對畫在一張紙(或地球儀)上的每一幅正規地圖著色,要使相鄰國著不同顏色,四種顏色是必需的。下面給出其嚴謹、簡明的證明,涉及的示意圖集中附於文後。

    ​Ⅰ若這n﹙n∈N,n≥1﹚個國家是連成一片的。

    ​①在這n個國家中,若不存在鄰國個數小於四的國家,即每個國家的鄰國個數都不小於四。由引理1知,滿足這個條件的國家個數不小於六。

    ​(1)當n=6時,每個國家的鄰國個數恰好都為四,其中,“中心”A國有四個鄰國,與這四個國家都相鄰的是R國,如圖一。對這六個國家著色,根據引理3,先構建關於A國(可任取)的著色模式H,把A國的四個鄰國用1與2相間著色;其次,緣著著色模式H,按符合四著色要求向外圍的國家逐個著色,外圍國家只有R國,著色3或4;再次,A國著色3或4。這時,四色猜想成立。

    ​(2)假設n=k(k∈N, k≥6)時,四色猜想都成立,且是在滿足引理3的著色模式H下,並按(1)的程式和四著色要求對k個國家完成著色。也就是說,在這幅地圖上任取一國作為中心國A,根據引理3,構建關於A的著色模式H,模式中的國家個數是奇數(不小於五)或偶數(不小於四)(這是因為每個國家的鄰國個數都不小於四),類似(1)分三步依次對k個國家完成著色,且都符合四著色要求。

    ​那麼,當n=k+1時,因每個國家的鄰國個數都不小於四,故,可任取兩個相鄰國家P和Q,將其視為一個國家E,這時,E國的鄰國個數仍不小於四。否則,在這兩個國家中必存在鄰國個數小於四的國家,這與“每個國家的鄰國個數都不小於四”矛盾。這樣處理後的國家個數是k,仍滿足相應的條件與歸納假設。由引理SPAN>知,滿足每個國家的鄰國個數都不小於四的條件的正規地圖,必有一個國家的鄰國個數是四或五,故,不妨取兩個相鄰的國家P和Q,且P的鄰國個數是四或五,將其視為一個國家E,構建關於E的著色模式H。若E的鄰國個數是不小於四的偶數,根據歸納假設,k個國家符合四著色要求,且P和Q不妨著色3。將P換為色4,k+1個國家也符合四著色要求。若E的鄰國個數是不小於五的奇數,一般可順利著色,如果遇到P和Q中有一國“無法著色”,本質上是著色模式的換色國的位置設定不當所致(僅示意圖的幾個國家也無法著色),如圖六,可透過調整著色模式予以解決。事實上,ⅰ,若P的鄰國個數是四,則Q的鄰國個數是不小於五的奇數(含P),將原著色模式中著色3(或4)的國家和P視為一個國家,新構建關於Q的著色模式T,不妨P著色2,如圖七,根據歸納假設,k個國家符合四著色要求。這時,原模式中餘下的一國顯然只能著色3(或4),不妨Q也著色3(或4)。將P換為色4(或3),k+1個國家也符合四著色要求。ⅱ,若P的鄰國個數是五,則Q的鄰國個數是不小於四的偶數(含P),新構建關於Q的著色模式T,不妨P著色1,如圖八,將原模式中餘下的兩個國家中的任一國和P視為一個國家,根據歸納假設,k個國家符合四著色要求。這時,原模式中最後餘下的一國顯然只能著色3(或4),不妨Q也著色3(或4)。將P換為色4(或3),k+1個國家也符合四著色要求。這就是說,當國家個數n=k+1時,四色猜想也成立。到此,歸納完成。

    ​②在這n個國家中,若存在鄰國個數小於四的O國。(1)當n=1、2時,四色猜想顯然成立。(2)假設n=k ( k∈N, k≥2)時,四色猜想都成立。那麼,當n=k+1時,暫不考慮O國,對其餘的k個國家著色,根據歸納假設或①的論證(即除O國外,無論是否有鄰國個數小於四的國家),其著色都符合四著色要求,又因為O國的鄰國個數小於四,所以,O國的鄰國著色不超過三種顏色,從而,O國至少可用第四種顏色著色。這就是說,當n=k+1時,四色猜想也成立。到此,歸納完成。

    ​Ⅱ若這n(n∈N,n≥2)個國家不是連成一片的。這時,這幅地圖的n個國家至少由兩片組成,且每一片的國家個數(至少有一個)和位置關係無論怎樣,根據Ⅰ的論證每一片的國家著色都符合四著色要求,即四色猜想成立。綜上所述,對國家個數為n(n ∈N﹡)的每一幅正規地圖,四色猜想都成立;且成為四色定理

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