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尋找32年 數學家們終於找到第九個Dedekind數

不畏三十多年的尋找,藉助一台超級計算機,數學家們終於發現了一種特殊的整數的新例子,稱為Dedekind數。

這是第九個這樣的數,或者說D(9),它被計算為286386577668298411128469151667598498812366,如果你想更新你自己的記錄的話。這個42位的龐然大物是在1991年發現的23位的D(8)之後的。

對於非數學家來說,理解Dedekind數的概念是很困難的,更不用說計算它了。事實上,涉及到的計算是如此複雜,涉及到的數字是如此巨大,以至於人們不確定D(9)是否會被發現。

「32年來,計算D(9)一直是一個懸而未決的挑戰,甚至有人質疑是否有可能計算出這個數。」來自德國帕德博恩大學的計算機科學家Lennart Van Hirtum在6月份宣佈這個數時說。

Dedekind數的核心是布爾函數,或者一種邏輯,它從只有兩種狀態的輸入中選擇一個輸出,比如真和假,或者0和1。

單調布爾函數是那些以這樣一種方式限制邏輯的函數,即在輸入中將0換成1隻會導致輸出從0變成1,而不會從1變成0。

研究人員用紅色和白色來描述它,而不是用1和0,但是思路是一樣的。

在尋找32年後,數學家們終於找到了第九個Dedekind數

「基本上,你可以把二維、三維和無限維的單調布爾函數想像成一個n維立方體的遊戲,」Van Hirtum說。

「你把立方體平衡在一個角上,然後把剩下的每個角都塗成白色或紅色。」

「只有一個規則:你永遠不能把一個白色的角放在一個紅色的角上。這樣就會形成一種垂直的紅白交界。遊戲的目的是數有多少種不同的切割。」

前幾個數是相當簡單的。數學家們把D(1)算作2,然後是3,6,20,168……

回到1991年,數學家Doug Wiedemann用了一台當時最強大的超級計算機Cray-2和200個小時才算出了D(8)。

D(9)最終是D(8)的近兩倍長度,而且需要一種特殊的超級計算機:一種使用了一種叫做可編程門陣列(FPGAs)的專用單元的超級計算機,它可以並行地處理多個計算。這讓團隊找到了帕德博恩大學的Noctua2超級計算機。

「用FPGAs解決難度高的組合問題是一個有前景的應用領域,而Noctua2是全球為數不多的能夠進行這種實驗的超級計算機之一,」帕德博恩並行計算中心(PC2)的負責人、計算機科學家Christian Plessl說。Noctua2就存放在PC2中。

為了給Noctua2提供一些可行的數據,研究人員還需要進一步優化。他們利用公式中的對稱性來提高效率,給超級計算機一個巨大的求和問題,這個問題涉及到5.5*10^18個項(與之相比,地球上的沙粒數量估計為7.5*10^18)。

經過五個月,Noctua2得出了答案,我們現在有了D(9)。研究人員暫時沒有提到D(10)——但我們可以想像,它可能需要再過32年才能找到。

這篇論文於9月在挪威的布爾函數及其應用國際研討會(BFA)上發表。

責任編輯: 李華  來源:煎蛋網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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