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旋转桌上的四个玻璃杯

现在有一张正方形的桌子,桌面可以旋转。桌子的四角各放置一个玻璃杯。

你的眼睛被蒙住了。有人随意转动桌子,当桌子停下后,你可以伸出双手同时选取两个杯子,摸清它们是正立的还是倒扣的,然后可以任意反转它们。你操作结束后,桌子又会被转动,停下后你又可以选取、操作,如此反复循环。

如果当 4 个杯子的状态一致,指它们全部正立或全部倒扣时,旁边的铃就会响。

现在请你设计一个方案,用有限的、并且尽可能少的循环次数,让杯子的状态一致。

并且如果按照这个方案,将最少多少次循环可以保证成功?

只需考察三种初始状态(0 表示倒扣,1 表示正立):

0 1
1 0

0 0
1 1

0 0
0 1

第一步:任意选对角翻转。若是 ①,则会成功;否则变为:

1 0
1 0

③(与上一步 ③ 同型)

1 0
0 0

第二步:翻转任意相邻。有概率 ② 状态成功,否则:

0 1
1 0

0 0
1 0

第三步:翻转任意对角,② 状态成功,否则:

0 1
0 0

这三步后若仍未成功,状态一定是这个。

第四步:任意翻一个,有概率成功,否则:

1 1
0 0

0 1
1 0

第五步:翻转任意对角。若是 ② 则成功,否则:

1 0
1 0

五步后若仍未成功,只可能是这个状态;之后重复「翻转相邻」与「翻转对角」即可。

因此最多 5 轮操作即可保证四杯状态一致。