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開始玩數獨!

唯一矩形 Unique Rectangles

魔鬼經典 + 殺手第 28 步,共 38 步閱讀約 2 分鐘

這個階梯上其他的技巧都是針對盤面上的數字做推理。唯一矩形(Unique Rectangle)則是針對題目本身做推理:合格的數獨只有一個解,所以任何會產生 2 個解的排列都不可能是答案的一部分。光是這一點,就能排除其他技巧碰不到的候選數。

這個模式是什麼

4 個格子位於一個矩形的四個角(2 列、2 行),而且關鍵是橫跨剛好 2 個宮。如果這 4 個角最後都只剩同樣兩個候選數,比如 3 和 7,這個題目就有問題了:

這裡的角只有 3 和 7。只要矩形剛好橫跨 2 個宮,下面兩種填法都能解開盤面:

填法上方列下方列
一3 77 3
二7 33 7

沿對角線交換這兩個數字,每一列、每一行和每一宮仍然各含每個數字一次。這是 2 個有效的解。既然合格的題目只有一個解,這個形狀,也就是致命型(deadly pattern),絕不可能出現在完成的盤面上,而能阻止它出現的那件事必定為真。

同樣的論證也適用於更長的偶數環:格子在 2 種區域之間交替的環,6 格或 8 格的唯一環(Unique Loop)讀法與 4 格矩形完全相同。

4 種類型

只有當 4 個角接近只剩這一對時,致命型才構成威脅。你能排除什麼,取決於有多少個角帶有額外候選數。

類型你看到什麼你排除什麼
13 個角剛好只有這一對;一個角有額外候選數從那一個角刪去這一對的兩個數字
22 個角帶有同一個額外數字從每個同時看得到這兩角的格子刪去該額外數字
32 個角之間帶有好幾個額外數字這些額外數字在共用區域中充當顯性或隱性子集
4共用區域中,這一對的其中一個數字只剩這 2 個角可放從這 2 個角刪去這一對的另一個數字

類型 1 最常見,也最容易信任:如果那個角也只剩 3 和 7,致命型就完整了,所以它必須保留額外候選數之一。

雙候選數全域墓 Bivalue Universal Grave (BUG)

矩形是 4 格上的致命型。雙候選數全域墓(Bivalue Universal Grave)是同樣的論證延伸到整個盤面:如果每個未解的格子都剛好有 2 個候選數,而且每個候選值在每列、每行、每宮中都剛好出現 2 次,整個盤面就能同時在 2 個解之間交換。合格的題目絕不可能真的落入那種狀態。

實務上你會在差一格的時候抓到它:每個未解的格子都是雙候選數格,只有一格例外,它有 3 個候選數。這種狀態稱為 BUG+1。這個額外格的候選數中,有 2 個的行為與真正的 BUG 完全一樣:在它所屬的每列、每行、每宮中各出現剛好 2 次。第 3 個則在這一格自己的各區域,也就是它的列、行和宮中,各出現 3 次。那第 3 個候選數就必須是答案:如果這一格取另外 2 個之中的任何一個,盤面其餘部分就會落入真正的 BUG 狀態,而合格的題目不可能是那樣。

在下面的例子中,J5 的候選數是 1、2 和 3,其他每個未解的格子都是雙候選數格。在 J 列,1 和 3 各有 2 個位置,但 2 有 3 個:J5、J6 和 J7。第 5 行(D5、H5、J5)和第 8 宮(H5、J5、J6)也都有 3 個放 2 的位置。如果 J5 是 1 或 3,盤面就會成為雙候選數全域墓,所以從 J5 刪去 1 和 3,只剩 2。接著就是一個唯一數的放置。

  1. 較簡單的技巧都用完了。數一數每個空格的候選數。

  2. 除了 J5 有 3 個候選數(1、2、3),每個空格都剛好有 2 個候選數。

  3. J 列中,1 和 3 各有兩個位置,但 2 有三個:J5、J6、J7。

    第 5 行(D5、H5、J5)和第 8 宮(H5、J5、J6)裡,2 也各有三個位置。

  4. 若 J5 是 1 或 3,每個空格都只有 2 個候選數,每個數字在每列、每行、每宮都只有兩個位置。

    這種型態稱為雙候選數全域墓,絕不會剛好只有一組解。正規的數獨不可能含有它。

  5. J5 排除 1 和 3,所以 J5 是 2,也就是在它的列、行、宮中出現三次的數字。

較簡單的技巧都用完了。數一數每個空格的候選數。

類型 2 到 4 以和上面唯一矩形類型相同的方式推廣這個概念:有更多格子帶有額外候選數,論證就變成跨共用區域的排除,而不是單一的確定填入。BUG+1 比矩形更難發現,多數解題者,包括 Sudoku Explainer 這類自動評分器,都把它的評級定得明顯高於一般的唯一矩形。

什麼時候該找它

唯一性是較晚才用的技巧,不是因為它難看出來,而是因為一旦開始找,到處都看得到。先用完唯一數、子集、宮內指向數對和魚形;等盤面安靜下來、數對在 2 個宮之間重複出現時,再去找矩形。

有一個條件是絕對的:必須確定這個題目只有一個解。本站的每個題目都是如此,所以這裡隨時可以使用這個論證。如果你解的是來源不明的盤面,或你自己造的盤面,唯一性可能悄悄給你錯誤的答案。

一步一步怎麼做

  1. 掃描剛好有 2 個候選數的格子,記下這一對。
  2. 在與它同列的格子中找同樣的一對,然後檢查完成矩形的另外 2 個格子。
  3. 確認矩形橫跨剛好 2 個宮,橫跨 4 個宮就沒有致命型,也沒有推論。
  4. 數一數帶有額外候選數的角:一個角是類型 1,2 個角是類型 2、3 或 4。
  5. 套用該類型的排除,然後重新執行基本技巧,矩形通常會解開一連串的唯一數。

實例說明

2 個矩形,各自橫跨剛好 2 個宮。

類型 1。 B4、B5、H4 和 H5 是四個角,位於第 2 宮和第 8 宮。B5、H4 和 H5 只有 1 和 6。B4 除了 1 和 6,還有 7 和 8。如果 B4 是 1 或 6,四個角就有 2 種填法,題目就會有 2 個解。所以從 B4 刪去 1 和 6,它保留 7 和 8。

  1. 較簡單的技巧都用完了。看看 B 列和 H 列中的第 4、5 行。

  2. B4、B5、H4、H5 是一個矩形的四個角:橫跨 2 列、2 行,且剛好在 2 個宮裡,也就是第 2 宮和第 8 宮。

  3. B5、H4、H5 只有 1 和 6。B4 也有 1 和 6,另外還有 7 和 8。

  4. 假設 B4 是 1 或 6。那麼這 4 個角可以用 A 色或 B 色兩種方式填入,而且每列、每行、每宮都仍然成立。

    盤面上沒有其他線索能分辨這兩種填法,題目就會有兩組解。正規的數獨只有一組解。

  5. 所以 B4 必須取它多出來的數字,7 或 8。

  6. B4 排除 1 和 6,因為不論哪一個都會形成有兩組解的矩形。

較簡單的技巧都用完了。看看 B 列和 H 列中的第 4、5 行。

類型 2。 G1、J1、G8 和 J8 是四個角,位於第 7 宮和第 9 宮。G1 和 J1 只有 5 和 7。G8 和 J8 有 5、6 和 7,所以兩者都帶有額外的 6。如果兩者都不是 6,四個角又能有 2 種填法。所以 G8 或 J8 是 6。A8 透過第 8 行看得到兩者,J7 透過第 9 宮看得到兩者,所以從 A8 和 J7 刪去 6。

  1. 較簡單的技巧都用完了。看看 G 列和 J 列中的第 1、8 行。

  2. G1、J1、G8、J8 是一個矩形的四個角,剛好在 2 個宮裡,也就是第 7 宮和第 9 宮。

  3. 4 個角都有 5 和 7。G1 和 J1 沒有別的候選數,G8 和 J8 另外還有 6。

  4. 若 G8 和 J8 都不是 6,這 4 個角就能用 5 和 7 以 A 色或 B 色兩種方式填入,而盤面其他部分無法分辨。

    正規的數獨只有一組解,所以 G8 或 J8 必須是 6。

  5. A8 透過第 8 行看得到 G8 和 J8。J7 透過第 9 宮看得到它們。

  6. A8、J7 排除 6,因為 G8 和 J8 其中之一是 6。

較簡單的技巧都用完了。看看 G 列和 J 列中的第 1、8 行。

常見錯誤

  • 使用橫跨 4 個宮的矩形。這樣對角交換會破壞一個宮,所以沒有致命型,也沒有論證。
  • 套用在可能有多個解的題目上。整個技巧都建立在題目合格這一點上。
  • 忘了其他 3 個角必須只有這一對。其他地方多一個候選數,模式就是另一種類型,或根本不成立。
  • 把它和矩形排除法搞混,後者是普通的單一數字邏輯,並不假設解是唯一的。
  • 在類型 1 中排除了額外候選數而不是那一對。那個角保留它的額外候選數;它失去的是那一對的兩個數字。

在哪裡會遇到

唯一矩形是魔鬼策略的模式。它從專家題目開始發揮作用,並一路到更高的等級都有用,常常把卡住的盤面變回一連串的唯一數。它們在殺手數獨中也會出現,那裡籠的總和經常剛好留下這個模式所需的雙候選數角。