《啊哈!灵机一动》:语词游戏――关于字母、语词和句子的谜题
数学家们往往喜欢玩语词游戏,这并没有什么值得大惊小怪的。
语词无非是字母按一种可接受的顺序所进行的排列组合;同样,句子也无非是语词根据一定的句法规则所构成的语词链。因此,语言具有一种浓烈的组合数学的味道,同组合数论有着许多惊人的相似之处。语词方阵同数字魔方相类似。句子中标点符号的运用同“标点着”代数语句的数学符号(括号、加减号等等)的运用相对应。
在这一章及其他有关章节中,我们将考察上述所有的相似之处。回文――一种正着读和反着读都一样的句子――同数学中的一种回数相类似。正如我们将要看到的,在数论中有一个著名的“回文猜想”仍未得到解决。在这一章里,还有一种分割语词游戏。这种游戏同数论的一个分支――“分配理论”有着许多共同之处。
如果我们将字母看作是几何图形的话,那么就又会产生许多有趣的谜题。我们将看到有些这种类型的谜题如何同两种重要的对称性有关:180度旋转对称(有时称作“双重对称”)和镜子反射对称。我们将会发现某些语词,甚至有些整个的句子可以被倒转过来而无损于它们的样式。当作180度旋转后,每个电子数学都相应于一个字母,这一事实实际上是自袖珍计算器普及以来有关电子娱乐形式的前提条件。
让我们不要把字母看作是当其作旋转或在镜子中反射时而保持不变的固定物,而是将它们看作是如弹性链一样的可以自由伸缩曲直的拓扑图形。这又导致了许多我们即将在本章中加以分析解决的带有娱乐性质的谜题。这些谜题的解决需要我们对字母的拓扑结构具有一种基本的洞察力。
我们打算将最后这一章写成本书最令人轻松和最令人愉快的一章。你想知道关于语词游戏的内容为什么会成为数学游戏书中的一部分吗?对此,我们实际上已经给予了明确的回答。这并不在于数学家们喜欢语词游戏,也不在于语词游戏具有组合数学的味道,而是在于这样一种事实:即便是语词谜题也能够导致正统数学那些令人意想不到的、具有重要意义的方方面面。