Ergebnisse von Sudokus oder ähnlichen Aufgaben ausrechnen?

Liebe/-r Experte/-in,

angenommen, ein Sudoku
oder etwa eine Zahlenpyramide (in der einige Zahlen gegeben sind und die fehlenden sich aus der Summe der beiden jeweils darunterliegenden Zahlen ergeben sollen)

bietet genügend Informationen, um EIN eindeutiges Ergebnis zu ermöglichen:

Reichen die Informationen dann zwangsläufig aus, um das Ergebnis (zumindest theoretisch) auch ERRECHNEN zu können (etwa gleichungs-ähnlich, ohne erst probieren zu müssen)?

Wir haben gewettet, und ich bin sehr neugierig auf Antworten.
Ich bin mathematisch etwa auf Abitur-Niveau.
Vielen Dank!

hallo,

also bei einem soduko der größe N x N benötigt man N^2 linear unabhängige lineare gleichungen. da angenommen wurde, dass man zumindest N^2 gleichungen hat und eindeutige lösbarkeit , müssen diese auch unabhängig sein.

bsp. wir haben ein 2 x 2 soduko.

a b
c d

a+b=3
a+c=3
b+d=3
c+d=3
wobei alle zahlen nur aus 1 oder 2 „bestehen“.

gegenfrage: ist dieses soduko durch die vorgabe a=1 eindeutig lösbar?

wie wäre es bei dem 3 x 3 system mit variablen aus 1,2,3 bestehend? wie viele infos muss man vorgeben?

vg

also bei einem soduko der größe N x N benötigt man N^2 linear
unabhängige lineare gleichungen. da angenommen wurde, dass man
zumindest N^2 gleichungen hat und eindeutige lösbarkeit ,
müssen diese auch unabhängig sein.

bsp. wir haben ein 2 x 2 soduko.

a b
c d

gegenfrage: ist dieses soduko durch die vorgabe a=1 eindeutig
lösbar?

wie wäre es bei dem 3 x 3 system mit variablen aus 1,2,3
bestehend? wie viele infos muss man vorgeben?

hallo!

vielen dank für die antwort!

das bedeutet also, dass es von der anzahl der informationen abhängt, ob oder ob nicht…

davon bin ich schon ausgegangen. Aber die frage hat sich so gestellt:

Wenn bei gegebenen, auch minimalen vorgaben durch probieren und probieren schließlich nur EINE lösung rauskommen kann: genügen dann die gegebenen infos logischerweise auch immer, um diese lösung theoretisch auch auszurechnen? oder hab ich die antwort nicht richtig verstanden?

fg

hi,

sicher wenn man durch probieren eine lösung raus hat geht dies auch rechnerisch. aber es muss ja nicht die einzige lösung sein die man da raus hat vom probieren.
vg
michael

Liebe/-r Experte/-in,

Reichen die Informationen dann zwangsläufig aus, um

Wir haben gewettet, und ich bin sehr neugierig auf Antworten.
Ich bin mathematisch etwa auf Abitur-Niveau.
Vielen Dank!

Kann hier leider keine Erläuterung zu geben.
Gruß
Horst

hi,

sicher wenn man durch probieren eine lösung raus hat geht dies
auch rechnerisch.

vielen dank!

Liebe/-r Experte/-in,

Kann hier leider keine Erläuterung zu geben.
Gruß
Horst

Vielen Dank!

Antwort Teil 1
Bei Zahlenpyramiden (mit Summe) ein klares JA. Man hat dann so viele Unbekannte, wie es leere Felder gibt, stellt alle Summenzusammenhänge als Gleichung dar und hat dann n Gleichungen mit n Unbekannten, was nach dem bekannten Rechenschema lösbar ist. WEniger als n Gleichungen kann nicht sein, weil Ihr ja als Voraussetzung gesagt habt, dass das Ding eindeutig lösbar sein soll.

Bei Sudoku ist es eine sehr interessante Frage. Ich denk mal drüber nach und melde mich später nochmal. U.a. ist es eine fast schon philosophische Frage, wo die Grenze zwischen Rechnen und Durchprobieren ist, sobald z.B. ein Computer ins Spiel kommt. Aber wenn ich euch richtig verstanden habe, wollt ihr ja einen Algorithmus, der nur aus den gegebenen Werten sofort zu einem Ziel führt (ohne dass man zwischendurch Probeannahmen machen muss, die dann eventuell wieder verworfen werden).

Bis später.

Bei Zahlenpyramiden (mit Summe) ein klares JA. Man hat dann so
viele Unbekannte, wie es leere Felder gibt, stellt alle
Summenzusammenhänge als Gleichung dar und hat dann n
Gleichungen mit n Unbekannten, was nach dem bekannten
Rechenschema lösbar ist. WEniger als n Gleichungen kann nicht
sein:
Bei Sudoku ist es eine sehr interessante Frage. Ich denk mal
drüber nach und melde mich später nochmal.
…wenn ich euch richtig verstanden habe, wollt
ihr ja einen Algorithmus, der nur aus den gegebenen Werten
sofort zu einem Ziel führt (ohne dass man zwischendurch
Probeannahmen machen muss, die dann eventuell wieder verworfen
werden).

Vielen Dank!

Die bisher einzige klare und nachvollziehbare Beantwortung der Frage lese ich hier.

Und ja, was das Sudoku betrifft, wurde die „Aufgabe“ ganz richtig verstanden.
Bin auf die Lösung gespannt.

Freundliche Grüße!
Erich.

Ich glaube, bei Sudoku geht es im Algemeinen nicht, nur in sehr einfachen Fällen. Wenn z.B. maximal eine Zahl pro Zeile/Spalte/Block fehlt, kann man die dort vorhandenen Zahlen addieren, diese Summe von 45 (1+2+3+4+5+6+7+8+9) abziehen und hat dann die gesuchte Zahl tatsächlich erRECHNET.
Aber so leicht ist noch nicht mal das allerleichteste Sudoku. Sobald mehr Zahlen fehlen, würde man beim Programmieren sofort in WENN-DANN-Zweige hineingeraten, was ja nach eurer Definition kein richtiges Ausrechnen ist, weil es immer wieder Probieren und Verwerfen mit einschließt.
Die Informationen, die zur Verfügung stehen, sind meiner Meinung nach nicht in kompakte Gleichungen mit Grundrechenarten zu packen.
Das ist jetzt aber nur meine mathematische Intuition. Richtig bewiesen habe ich damit nicht, dass es keinen Weg gibt/geben könnte.
Was sagen denn die andern angeschriebenen Mathematiker? Eher ja oder eher nein? Ich werd auch noch mal ein paar Kollegen fragen.

Ich glaube, bei Sudoku geht es im Algemeinen nicht, nur in
sehr einfachen Fällen. Wenn z.B. maximal eine Zahl pro
Zeile/Spalte/Block fehlt, kann man die dort vorhandenen Zahlen
addieren, diese Summe von 45 (1+2+3+4+5+6+7+8+9) abziehen und
hat dann die gesuchte Zahl tatsächlich erRECHNET.
Sobald mehr Zahlen fehlen, würde man beim Programmieren sofort
in WENN-DANN-Zweige hineingeraten, was ja nach eurer
Definition kein richtiges Ausrechnen ist, weil es immer wieder
Probieren und Verwerfen mit einschließt.
Die Informationen, die zur Verfügung stehen, sind meiner
Meinung nach nicht in kompakte Gleichungen mit
Grundrechenarten zu packen.
Das ist jetzt aber nur meine mathematische Intuition. Richtig
bewiesen habe ich damit nicht, dass es keinen Weg gibt/geben
könnte.
Was sagen denn die andern angeschriebenen Mathematiker? Eher
ja oder eher nein? Ich werd auch noch mal ein paar Kollegen
fragen.

Vielen Dank für die (bisherigen) Bemühungen!
So ganz sicher scheint die Sache also (noch) nicht zu sein?

Die bisherigen zwei anderen Antworten waren (auch nach Nachfrage) nicht sehr aussagekräftig und differenziert:

(Zusammenfassung)
sicher wenn man durch probieren eine lösung raus hat
geht dies auch rechnerisch. aber es muss ja nicht die
einzige lösung sein die man da raus hat vom probieren.

Kann hier leider keine Erläuterung zu geben.

Eindeutig nein. Ich denke dass alle Lösungen in irgend einer weise mit Ausprobieren zu tun haben. Ich bin aber sicher, dass nicht zwangsläufig direkte Lösung geben muss.
Es gibt einige bekannte Probleme in der Mathematik, die nicht direkt Lösbar sind. Beispiele sind die Quadratur des Kreises oder Nulltsellen von Polynomen 5. Grades.

Worum habt ihr gewettet?

Eindeutig nein. Ich denke dass alle Lösungen in irgend einer
weise mit Ausprobieren zu tun haben. Ich bin aber sicher, dass
nicht zwangsläufig direkte Lösung geben muss.
Es gibt einige bekannte Probleme in der Mathematik, die nicht
direkt Lösbar sind.
Worum habt ihr gewettet?

Vielen Dank für die Bemühung!

Die Wette ging um eine Einladung auf selbstgemachten Chai Latte für die VERLIERER.

Was sagen denn die andern angeschriebenen Mathematiker?

Die bisherigen zwei anderen Antworten waren (auch nach Nachfrage) nicht sehr aussagekräftig und differenziert:

(Zusammenfassung)
sicher wenn man durch probieren eine lösung raus hat
geht dies auch rechnerisch. aber es muss ja nicht die
einzige lösung sein die man da raus hat vom probieren.

Kann hier leider keine Erläuterung zu geben.

NACHTRAG/ERGÄNZUNG zu den Expertenantworten:

Eindeutig nein. Ich denke dass alle Lösungen in irgend einer weise mit Ausprobieren zu tun haben. Ich bin aber sicher, dass nicht zwangsläufig direkte Lösung geben muss.
Es gibt einige bekannte Probleme in der Mathematik, die nicht direkt Lösbar sind.
Beispiele sind die Quadratur des Kreises oder Nullstellen von Polynomen 5. Grades

Gibt´s schon neue Erkenntnisse?
Erich.

Hallo Erich,

stimmt, die anderen Antworten nützen nicht viel, die erste Person hat, glaube ich, das Wesen der Frage gar nicht verstanden, und die zweite äußert genau die Vermutung, die ich auch hatte (nimmt sie aber als sicher an). (Die Quadratur des Kreises ist übrigens eine ganz anders geartete Frage, mathematisch längst entschieden und hat mit eurem Fall nichts zu tun.)

So, nach einiger Beratung bzw. Nachdenken jetzt quasi der „Endstand“: Es ist davon auszugehen, dass man beim Lösen von Sudokus auf keinen Fall ohne WENN-DANN-Operationen auskommt. Dabei ist es egal, ob ein Mensch oder ein Computer die Sache löst. (Ausnahmen sind lediglich die trivialen Fälle, die ich schon geschildert hatte, wenn immer nur eine Zahl pro Zeile fehlt. Dann kommt man mit Grundrechenarten zum Ziel.)
D.h. bei jedem Algorithmus, den man zur Lösung von einem normalen Sudoku anwendet, ist zwangsläufig dabei, dass man Zahlen (Feld für Feld) vergleichen und darauf aufbauend Entscheidungen treffen muss.
Beim Programmieren nennt man das IF-Schleife, und beim Menschen ist es eh klar: Wenn z.B. die 3 schon mal da ist (in Zeile, Spalte oder Block), dann scheidet sie aus.
Jetzt ist aber die Frage, wie ihr „Ausrechnen“ definieren wollt. Beschränkt ihr euch auf Rechenarten wie +,-, Wurzel, sinus und was noch so auf dem Taschenrechner steht, dann lassen sich Sudokus nicht allein durch Rechnen lösen. Wenn man aber Verknüpfungen wie „Wenn dies und dies gilt, dann tue das und das“ dazu nimmt, dann schon. Das sind logische Operatoren, also nicht ganz unmathematisch.
Ihr hättet also vor der Wette genau definieren müssen, was ihr meint. Falls ihr euch auf das Wort „Algorithmus“ geeinigt habt:
Die Definition für „Algorithmus“, ist eine Kette von Handlungsanweisungen, die nach endlich vielen Schritten zum Ziel führt. Dann wäre die Antwort also „Ja, es geht“ (obwohl dieses „endlich viele“ hierbei eine immens hohe Zahl bedeuten würde).
Auch, wenn man unter „Rechnen“ alles das versteht, was ein Computer auf binärer Ebene im Grunde tut,wäre die Antwort „Ja“.
Meine persönliche Meinung (und die meines unbekannten Kollegen) ist allerdings „Nein“. Wenn man mit viel Gespür, Ausprobieren, Gesamtüberblick,… eine Lösung in einer halben Stunde findet, die man, wenn man keinen PC hätte, mit dem oben angesprochenen Algorithmus in einer ganzen Lebensspanne nicht ausrechnen könnte, dann hat das für mich nichts mit stumpfem Rechnen zu tun, sondern mit Kreativität oder kombinatorischem Denken.
Ich habe mir gleich am Anfang schon gedacht, dass es eine philosophische Frage wird: Darf man es „durch bloßes Rechnen lösbar“ nennen, wenn der Weg über stumpfes Rechnen mindestens hunderttausendfach mehr Denkoperationen und Zeit erfordert als der Weg über Intuition und Geschicklichkeit?
Das erinnert mich an die Geschichte von dem Affen, der unendlich lange lebt, die ganze Zeit auf einer Schreibmaschine herumhämmert und irgendwann mal durch Zufall ein tolles Gedicht schreibt. Dann würde ich auch nicht sagen, Gedicht wären von Affen schreibbar.
Wenn man Nichtmathematiker ist, sieht man das vielleicht anders und denkt „Okay, so ein Gedicht - das ist Kunst, aber Sodoku, das ist nur Logik…“. Leute, die Mathe studiert haben, wissen dagegen, wie viel Kreativität,originelles Denken, Phantasie,… oft mit vonnöten sind, auch wenn man scheinbar „nur“ was Logisches macht.

Tut mir leid, dass ich die Frage zurück geben muss und ihr jetzt also doch eure eigenen Schiedsrichter sein müsst. Die BElohnung ist wahrscheinlich ein sehr interessantes GEspräch für alle. Ihr könnt mir dann ja nochmal Bescheid sagen, welche Ansicht gewonnen hat.

Frauke

Hallo Erich,

Es ist davon auszugehen, dass man beim Lösen von
Sudokus auf keinen Fall ohne WENN-DANN-Operationen auskommt.

Jetzt ist aber die Frage, wie ihr „Ausrechnen“ definieren
wollt. Beschränkt ihr euch auf Rechenarten wie +,-, Wurzel,
sinus und was noch so auf dem Taschenrechner steht, dann
lassen sich Sudokus nicht allein durch Rechnen lösen. Wenn man
aber Verknüpfungen wie „Wenn dies und dies gilt, dann tue das
und das“ dazu nimmt, dann schon. Falls ihr euch auf das Wort „Algorithmus“ geeinigt
habt:
Die Definition für „Algorithmus“, ist eine Kette von
Handlungsanweisungen, die nach endlich vielen Schritten zum
Ziel führt. Dann wäre die Antwort also „Ja, es geht“ (obwohl
dieses „endlich viele“ hierbei eine immens hohe Zahl bedeuten
würde).
Auch, wenn man unter „Rechnen“ alles das versteht, was ein
Computer auf binärer Ebene im Grunde tut,wäre die Antwort
„Ja“.
Meine persönliche Meinung (und die meines unbekannten
Kollegen) ist allerdings „Nein“.
Darf man es „durch bloßes Rechnen :lösbar“ nennen, wenn der Weg über stumpfes Rechnen mindestens
hunderttausendfach mehr Denkoperationen und Zeit erfordert als
der Weg über Intuition und Geschicklichkeit?
Frauke

Hallo Frauke,

das ist eine schöne, umfassende Antwort und Ausführung, vielen Dank dafür!
Was die „Philosophie“ betrifft, so sind wir uns gestern nach ausgiebigen, konflikt- und lustvollen Verhandlungen schließlich einig geworden, dass die beschriebenen Algorithmen nicht das sind, was wir eigentlich meinten.
Also haben drei die Wette gewonnen, und zwei (inkl. mir selbst) verloren. Letzere müssen/dürfen (wie man´s nimmt) je drei von den Gewinnern selbst gemachte Chai Latte trinken.

Erich.