数独(Sudoku)是一种数字拼图益智游戏,其名称来自日语すうどく,意思是“独立的数字”或“在规定范围内只出现一次的数字”。概括来说,它就是一种填数字游戏。它与中国古代的“九宫格”游戏如出一辙。这种在欧美流行多年的游戏,近年来在我国逐渐开展与普及,这样一种随手拿起纸笔就能玩的游戏,使不少人沉迷其中。拿起纸笔就能玩数独,也有的在电脑上或上网玩数独,甚至拿着手机玩数独游戏,有的因此坐过了站。有的报刊杂志上几乎天天都登有数独求解题;有的地方还出现了有关数独的爱好者组织(如数独联盟等)。
图1 “洛书”图形
追溯数独的起源,早在4000多年前的我国古代就可看到它的影子。它的基本结构就是九宫格,即带有9个方格的九宫图。传说在上古(约在公元前21世纪初)大禹治水的时候,洛河里出现了一只乌龟,龟的身上画有一幅图,人们称其为“洛书”。它由许多圆点组成图形,如图1所示。该图形共有45个圆点(或圈点),分别组合而摆成方形。东、西、南、北各为7、3、1、9个点;四角各为8、6、2、4个点;中间则为5个点。
到了北周(557~581年)时,易学家把它和九宫联系起来,即将八卦和中央之宫联系起来,称作九宫。于是,在当时的数学书中就出现了用数替圈(圆)点数的九宫图,即带数的九宫格。在书中还列有数的排列法:“二四为肩,六八为足,左三右七,戴九履一,五居中央”,如图2所示。到了宋朝(960~1279年),开始出现了“重排九宫”的游戏。这就是格子数字游戏的起源。
图2 “洛书”中数的排列法
但是,中国古代的九宫图与现代的数独只是外形上的相似,而在内容上却是不同的。中国古代的九宫图就是现代数学书中的“幻方”,其规律是每行、每列以及两条对角线上的各数之和相等;而标准数独是由9个九宫组成一个阵,它要求每行、每列以及每个九宫的格内的数1~9不重复。由此可见,中国古代的九宫图与现代数独有着本质上的区别。但是,从中国古代的九宫图改造变成现代数独的漫长历史长河中,有一个变化的突破点,这就是18世纪80年代的瑞士数学家里昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)的“拉丁方”。
由于当时欧洲有个普鲁士王国,据说有一年这个王国的国王腓特烈要举办阅兵式,他计划从6支部队中各选6名官兵,组成36人的方队,作为阅兵仪式的先导部队。组队的要求是各部队的6名官兵分别是少尉、中尉、上尉、少校、中校、大校各一名,而且这36名官兵要组成一个方阵,方阵中每一行、每一列都有各部队、各级别的官兵各一人。如何满足国王对组成方阵的要求呢?这是一道难题。
著名的瑞士数学家欧拉当时正在普鲁士王国的柏林,于是他被邀请来帮忙。尽管欧拉绞尽脑汁,也无法排出这6×6的36人方阵来。可是,他在1782年排出了3×3的9人方阵。他用拉丁字母A、B、C来代表不同的部队,用希腊字母α、β、γ来代表不同级别的官兵。然后将这些字母填入九宫格中,如图3所示。按照欧拉的方法排列方阵,果真符合腓特烈国王的要求。因为在该方阵中使用了希腊和拉丁字母,所以后人称其为“希腊·拉丁方”,简称为“拉丁方”。
图3 3×3的九宫格
我们可以把图3中的A、B、C和α、β、γ分别用1、2、3代替,排成两个九宫格,如图4和图5所示。由图可见,这两个九宫格中的数排列就接近现代的数独规则了。因此,有人认为,拉丁方是数独的雏形。当然,它也只能是数独的雏形,因为它的九宫格还没有组成九九相连的现代数独的阵式。
图4 九宫格
图5 九宫格
真正意义上的数独,出现在20世纪70年代。1979年5月,美国的一本数学逻辑杂志上第一次发表了两道数学智力游戏题,当时名为数字排位(Number place),这两道游戏题类似于现在的数独。这两则最早的数独题如图6和图7所示,它由9个相连的九宫组成,原题是这样叙述的:“你的任务就是往空格中填入数,使每行、每列及每个九宫的格内都含有1~9这9个数。掌握了这一规则,就能帮助你顺利地做出答案。下面两道题中各有4个画有圆圈的方格,你可以把它们当作填数的首选,不过并非一定如此。”题目下还附有答案的范围。
图6 最早的数独题(1)→4、6、7或8
图7 最早的数独题(2)→1、4、5或8
那么,这两道最早的数独题是谁创造出来的呢?据说原作者叫哈瓦德·冈恩(Howard Garn),他是一位退休的建筑设计师,已于1989年去世,这两道题是他74岁高龄时创作的。
可是,这两道题当时在美国并未产生很大的影响,倒是后来被一位日本学者引进日本。1984年4月,日本益智游戏杂志Puzzle Tsushin Nikoli员工金元信彦接触到美国猜谜书上某版本的数字游戏,认为可以用来吸引读者的眼球,便对其进行改进且增加难度,在该杂志上首先刊登了此类难题,并取名为数独(Sudoku),意即“独立的数字”,推出后一炮打响。
真正把数独推向全世界的是新西兰人韦恩·古德(Wayne Gould),他曾是在香港高等法院任职的法官。1997年3月的一天,退休的古德到东京去旅游,晚上住在酒店里,随手翻看杂志,无意间看到了杂志上刊载的数独游戏。他饶有兴趣地算了一个晚上,深深地迷上了这种数独游戏。从那以后,古德用了6年的时间,设计了数独游戏的计算机程序,还创立了一个提供这种游戏的网站,来自世界各国的网友光顾了他的网站,据说该网站的点击率相当的高。为了进一步提高点击率,提升人气,古德找到了英国的一些媒体,可是开始并不顺利。
终于有一天,《泰晤士报》决定试试看,其主编迈克尔·哈维见了古德,古德向他展示了数独的玩法,嗅觉灵敏的主编在几分钟内就意识到这是一种令人叫绝的游戏,他迅速作出了决定,英国《泰晤士报》于2004年11月12日首次刊登数独,引起了人们极大的关注与兴趣。