Four Colors Suffice

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出版者:Princeton University Press
作者:Robin Wilson
出品人:
页数:280
译者:
出版时间:2004-10-18
价格:USD 22.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780691120232
丛书系列:
图书标签:
  • Math
  • 科普
  • 地图着色
  • 图论
  • 四色定理
  • 数学史
  • 拓扑学
  • 证明
  • 数学普及
  • 组合数学
  • 图形理论
  • 离散数学
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具体描述

On October 23, 1852, Professor Augustus De Morgan wrote a letter to a colleague, unaware that he was launching one of the most famous mathematical conundrums in history - one that would confound thousands of puzzlers for more than a century. This is the amazing story of how the "map problem" was solved. The problem posed in the letter came from a former student: What is the least possible number of colors needed to fill in any map (real or invented) so that neighboring counties are always colored differently? This deceptively simple question was of minimal interest to cartographers, who saw little need to limit how many colors they used. But the problem set off a frenzy among professional mathematicians and amateur problem solvers, among them Lewis Carroll, an astronomer, a botanist, an obsessive golfer, the Bishop of London, a man who set his watch only once a year, a California traffic cop, and a bridegroom who spent his honeymoon coloring maps.In their pursuit of the solution, mathematicians painted maps on doughnuts and horseshoes and played with patterned soccer balls and the great rhombicuboctahedron. It would be more than one hundred years (and countless colored maps) later before the result was finally established. Even then, difficult questions remained, and the intricate solution - which involved no fewer than 1,200 hours of computer time - was greeted with as much dismay as enthusiasm. Providing a clear and elegant explanation of the problem and the proof, Robin Wilson tells how a seemingly innocuous question baffled great minds and stimulated exciting mathematics with far-flung applications. This is the entertaining story of those who failed to prove, and those who ultimately did prove, that four colors do indeed suffice to color any map.

好的,以下是一本名为《四色定理:拓扑学中的优雅证明》的图书简介,该书内容与您提到的“Four Colors Suffice”无关: --- 《四色定理:拓扑学中的优雅证明》 内容简介 本书是对数学史上一个著名且引人入胜的难题——四色定理(The Four Color Theorem)的全面、深入的探讨。四色定理声称,任何平面上的地图,无论其边界如何复杂,都只需要四种颜色就能确保相邻的区域(共享一条边界而非仅一个顶点)拥有不同的颜色。这个看似简单的陈述,却困扰了数学家一百多年,直到1976年才最终被证明,并且是历史上第一个主要依赖计算机辅助证明的重大数学定理。 《四色定理:拓扑学中的优雅证明》不仅仅是对最终证明过程的复述,更是一次穿越数学史的旅程,揭示了从几何直觉到严谨分析的演变过程。全书结构严谨,逻辑清晰,旨在向对离散数学、图论和拓扑学感兴趣的读者,提供一个既具学术深度又不失阅读趣味的导览。 第一部分:问题的起源与早期的直觉(1852-1900) 本书伊始,我们将追溯四色猜想的诞生。1852年,在为英国地图上色时,法兰西斯·古思里(Francis Guthrie)首次提出了这个猜想。最初,数学界对这个问题的态度尚存怀疑,许多人认为其过于基础,很快就会有简单的证明出现。 本部分详细回顾了早期数学家,如开普勒(Kepler)和欧拉(Euler),在多面体和平面图结构方面的工作,这些工作为后来的图论奠定了基础。我们探讨了笛卡尔公式(欧拉公式 $V - E + F = 2$)在平面图嵌入中的关键作用,并解释了如何将地图上色问题转化为图论中的“图着色”问题——即判断一个平面图是否是四着色的。 我们特别关注了早期的错误证明,特别是1890年被否证的阿尔弗雷德·肯普(Alfred Kempe)的工作。虽然肯普的证明最终被发现存在缺陷,但他在证明中引入的“可约集”(reducible configurations)概念,却成为了后续所有成功证明的基石。本部分对这些早期尝试的分析,展示了数学真理探寻过程中的曲折与迭代。 第二部分:图论的深化与可约集理论(1900-1970) 进入二十世纪,随着图论和拓扑学的成熟,对四色定理的研究开始走向专业化和系统化。本部分深入探讨了支撑现代证明的核心概念。 平面图的性质: 我们详细阐述了平面图的必要结构特征,包括最小度(minimum degree)的限制,以及如何利用这些限制来证明某些特定结构的存在性或不存在性。 不可避免集与可约集: 这一部分是全书的理论核心。我们详细解释了“不可避免集”(Unavoidable Set)的概念:一个集合如果能够覆盖所有可能的平面图结构,那么我们只需要证明该集合中的每一个图都是可约的(即可以通过移除某个元素后仍能保持四着色性质),从而整体证明定理。我们追溯了亨里克·希梅尔斯基(Heesch)和奥布雷赫特(Obrechkoff)在构造越来越小、越来越高效的不可避免集方面的努力。 五色定理的铺垫: 在深入四色证明的复杂性之前,本书用一章的篇幅介绍了五色定理的经典证明,这为理解更高阶的图着色问题提供了必要的直观和技术准备。五色定理的证明,尤其是基于“奇数循环”的论证,是理解四色证明中“重排”(re-routing)技巧的关键前奏。 第三部分:计算机时代的突破——Appel-Haken 的证明(1976年至今) 本书的高潮聚焦于1976年肯尼斯·阿佩尔(Kenneth Appel)和沃尔夫冈·哈肯(Wolfgang Haken)完成的最终证明。这次证明标志着数学研究范式的重大转变。 简化与缩小: 阿佩尔和哈肯通过前人的工作,将需要检查的不可避免集规模缩小到一个可管理的(但依然庞大)集合,该集合包含大约1936个基本结构。 计算机辅助的必要性: 我们详细描述了如何使用计算机程序来系统地检查这1936个构型的每一个“可约性”。这部分内容不仅涉及算法和编程的介绍,更重要的是探讨了证明的哲学意义——一个“由机器完成”的证明是否具有数学上的优雅和可信度? 证明的验证与后续发展: 随后,我们讨论了该证明在提出初期受到的质疑,以及后续在其他研究团队(如尼尔森、雷德和萨尔)利用更高效的算法和更快的硬件对原始证明进行了独立的验证和简化。我们介绍了如“六色定理”、“七色定理”的更早证明,并对比了它们与四色定理在方法论上的差异。 总结与反思 最后一章对四色定理的意义进行了总结。它不仅是一个关于地图上色的谜题,更是拓扑学、图论和计算科学交叉领域的里程碑。本书强调,四色定理的价值不仅在于其结论,更在于它所催生的新的数学工具和对证明本质的深刻反思。它强迫数学界重新审视“什么是证明”,以及机器在人类知识探索中的角色。 本书适合具备基础微积分和线性代数知识的读者,对离散数学、算法设计以及数学史有浓厚兴趣的本科生、研究生和专业人士,都是理想的读物。通过对这一百年难题的细致剖析,读者将领略到数学思维的严谨、历史的魅力,以及跨学科合作带来的巨大飞跃。 ---

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