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EH的数独杂谈#7-2 致命结构(2)- 稍复杂的致命结构

2025/09/02454 浏览攻略
友情提示:本篇是7-1的延伸,但重要性和实用性与7-1等同(甚至更高)。
概述传送门:#0 概述
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目录:
一、唯一环(Unique Loop,UL)
1. 唯一环的原理
2. 一些实例
二、拓展矩形(Extended Rectangle,XR)
1. 拓展矩形的原理
2. 一些实例
三、探长致命结构(Borescoper's Deadly Pattern)
1. 3数探长致命结构(abc-UR)
2. 4数探长致命结构(abcd-UR)
3. 一些实例
四、小结
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这一次,我们将会以UR为基础,探讨更复杂的致命结构,以及它们为何同样成立。
一、唯一环(Unique Loop,UL)
还记得唯一矩形的核心要义吗?它规定了4个形状呈矩形、分属2宫内的单元格,当这4个单元格有且仅有两种候选数时,存在2种不同的填法,但对外部盘面的影响完全一致。最终导致“局部多解,全盘无解”的局面。
使用这个技巧进行推理时,核心要点就是防止唯一矩形出现。
但是,唯一矩形只是致命结构里最基本的一种。实际上,这种只包含两种候选数的双值格可以不止4个,并且当按照某种规律排布时依然能形成致命结构。这种有且仅有2种候选数的双值格组成的致命结构叫做唯一环。
1. 唯一环的原理
我们来看看其中一种最小的唯一环。如图7-2.1,它由6个单元格组成,分属3宫,且每格有且仅有2种候选数(1,2)。
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图7-2.1 6格的唯一环
我们尝试对这6格进行填数,很容易发现它同样有两种填法,如图7-2.2所示。
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图7-2.2 唯一环的两种填法
我们会发现,这两种填法似乎都正确。但就像分析UR一样,我们注意到:
(1)r5,r7,r8三行内分别形成12数组,三行内其余位置都不能有12;
(2)c2,c3,c4三列内分别形成12数组,三列内其余位置都不能有12;
(3)b4,b7,b8三宫内分别形成12数组,三宫内其余位置都不能有12。
也就是说,两种填法对于外部盘面影响完全一致,因此会导致“局部多解,全盘无解”,也就成了致命结构。
实际上我们可以认为,UR是UL的一个特例。
2. 一些实例
现在用一些实例,看看UL应该如何使用。
图7-2.3是另一种典型的6格UL,重点关注涂绿的6格的24。为了防止UL产生,紫色的三个1至少有一个成立。可以删除r3c8的1。
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图7-2.3 另一种典型的6格UL
这道题在HoDoKu上的解法包括一步SDC和若干条链,但使用这一步UL可以直接破题。
当然,也有涉及格数更多的UL,比如图7-2.4的关于候选数15的UL。(如果无法理解这为什么能成为UL,请期待7-3节的内容)
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图7-2.4 更大的UL结构
为了防止UL产生,r2c5(2)、r4c2(8)、r9c2(9)至少有一个成立。无论哪个成立,都可以推出r4c1=5,推理过程从略。
二、拓展矩形(Extended Rectangle, XR)
1. 拓展矩形的原理
与唯一环的空间延伸不同,拓展矩形则是对所涉及的候选数种类进行延拓。但是,拓展矩形拥有两种典型构型。
第一种如图7-2.5.1所示,它包含6个单元格,分属3宫,且涉及3种候选数。
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图7-2.5.1 拓展矩形的典型结构
我们随机选择一种填数方式填进去,并且把第4行和第5行交换。交换前后的盘面如图7-2.5.2所示。我们会发现,无论哪种填法,在4行和5行都构成123数组;2列、4列和9列分别是12数组、23数组和13数组;4宫、5宫和6宫分别是12数组、23数组和13数组。
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图7-2.5.2 交换前后的XR
两种填法对外部盘面的影响一致,因此这个结构仍然是致命结构。但要注意,与UL形成致命的逻辑有所不同,XR的致命是由行/列交换产生的。
另一种典型XR构型如图7-2.6所示,它仍然涉及3种候选数和6个单元格,但只分布于2宫内。容易证明,无论采取哪种填法,将3列和5列互换之后不会对外部盘面产生影响,因此仍然是致命结构。
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图7-2.6 另一种XR的构型
2. 一些实例
现在举一些例子加强对XR的理解。如图7-2.7.1所示,为了防止XR产生,要求紫色的两个3至少有一个为真,从而删除r9c9(3)。
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图7-2.7.1 最简单的XR使用方法
另一种构型的XR如图7-2.7.2所示。为了防止XR产生,r9c1(9)和r3c2(3)至少有一个为真,即二者构成强链。对这条链进行延伸:
r9c1(9)=r3c2(3)-r3c9(3)=r2c7(5)-r7c7(5=9)
可以删除r7c1(9),出r9c1=9。
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图7-2.7.2 另一种XR举例
当然,XR也可以包含不止6格。由于其并不常见,本文不会进行探讨,感兴趣的同学可以自行搜索~
三、探长致命结构(Borescoper's Deadly Pattern)
接下来要探讨的这个致命结构就非常有意思了。这个结构由探长发现,并且被证明仍然是致命结构。这个结构的形状类似科目二的直角转弯(x),并且根据所涉及候选数的种类不同,分为3数探长致命结构(abc-UR)和4数探长致命结构(abcd-UR)。
1. 3数探长致命结构(abc-UR)
图7-2.8.1展示了3数探长致命结构的典型特征。结构涉及三种候选数(此例为123),存在一个由两条直角边组成的支点(9宫的这三格),而在9宫之外存在两个翼(6宫的两格和8宫的两格),它们分别与支点的一条直角边构成矩形。
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图7-2.8.1 abc-UR
为了这个结构成立,所涉及的候选数必须只包含这三种,但允许存在残缺。
下面我们使用枚举的方法证明abc-UR的致命性。由于三种候选数具有相同的地位,不妨设一个翼上的数字为12,如图7-2.8.2所示。
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图7-2.8.2 abc-UR填入一个翼的图示
现在对图7-2.8.2的支点进行讨论:
(1)若r78c7两格只填12,则形成UR。
(2)若r78c7两格有一格为3(本例中只能是r7c7=3,原因显而易见),不妨填入所有数字,如图7-2.8.3所示。这里我们直接将r5c8填了3——如果填1,那么就出现了12的UL。
将图7-2.8.3的所有填入数稍微变换次序,使两翼的数组逆序,如图7-2.8.4所示。对比图7-2.8.3和图7-2.8.4可以发现:
·5行的23数组,7行的123数组,8行的12数组保持不变;
·5列的12数组,7列的123数组,8列的23数组保持不变;
·6宫的23数组,8宫的12数组,9宫的123数组保持不变。
因此,我们找到了两种不同填法,使得abc-UR对外界盘面的影响一致,造成“局部多解,全盘无解”,证明了abc-UR确实是一个致命结构。
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图7-2.8.3 abc-UR全部填入的图示
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图7-2.8.4 abc-UR将两翼逆序后的图示
另外有一个值得强调的点:支点3格的位置具有一定的任意性。换言之,只要是两翼对准的正方形区域内的任意3格(标绿4格中的任何3个)都可以,如图7-2.8.5所示。
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图7-2.8.5 支点任何3格都可以使用
2. 4数探长致命结构(abcd-UR)
和abc-UR类似,abcd-UR的构型如图7-2.9.1所示。与abc-UR的唯一区别在于,abcd-UR涉及4种候选数,且支点4格全都用到了。
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图7-2.9.1 abcd-UR
现在对两翼的填数情况作讨论:
(1)两翼是同一个数组(比如都是12):这样支点上的12无论怎么填,要么和其中一个翼构成UR,要么和两个翼一起构成UL。
(2)两翼数组不同,但有一个数是公共的(比如12和13):这样支点上的123无论怎么填,都和两个翼一起构成abc-UR。
(3)两翼数组完全不同(比如12和34)。这种情况详见图7-2.9.2。
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图7-2.9.2 两翼完全不同的情形
我们注意到支点上的填数情况并非唯一,这里选取r7c7=2(选4也一样),全部填入后的情况如图7-2.9.3所示。
现在将两翼的数组逆序,支点按图7-2.9.4所示重新填入。这个时候的填法也不唯一,但按照图7-2.9.4的填法,对比图7-2.9.3和图7-2.9.4可以发现:
·5行的34数组,7行的123数组,8行的124数组保持不变;
·5列的12数组,7列的234数组,8列的134数组保持不变;
·6宫的34数组,8宫的12数组,9宫的1234数组保持不变。
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图7-2.9.3 两翼完全不同时的一种填入方法
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图7-2.9.4 abcd-UR将两翼逆序后的图示
因此,我们找到了两种不同填法,使得abcd-UR对外界盘面的影响一致,造成“局部多解,全盘无解”,证明了abcd-UR确实也是一个致命结构。
3. 一些实例
现在用一些例子加深对探长致命结构的理解。图7-2.10展示了一个典型的abc-UR,为了防止其产生,r1c6的4和7至少有一个为真,因此删除r1c6的89。
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图7-2.10 abc-UR一例
最后看一个abcd-UR的例子。如图7-2.11,为了防止abcd-UR出现,r5c8(3)和r1c23(4)至少有一个为真,即构成强链。对这条链进行延伸:
r5c8(3)=r1c23(4)-r1c6(4)=r3c6(4)-r3c9(4)=r9c9(4)-r9c8(4)=r8c7(3)
可以删除r8c8(3),出r8c7(3)。
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图7-2.11 abcd-UR一例
四、小结
1. 唯一环(UL)指的是一系列同样的双值格构成的致命结构,可以认为是唯一矩形(UR)的拓展。
2. 拓展矩形(XR)涉及3种或更多的候选数。与UL形成致命的逻辑有所不同,XR的致命是因为行列交换。
3. 探长致命结构(abc-UR和abcd-UR)是一种同样常用的致命结构,它的证明方式比UL和XR稍复杂一些,但可以像最普通的致命结构一样去使用。
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