书城自然科学必谈的数学趣闻
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第20章 用淘汰制计算比赛场数

如果你所在的学校要举办一次象棋比赛,报名的是50人,用淘汰制进行,要安排几场比赛呢?一共赛几轮呢?如果你是比赛的主办者,你会安排吗?

因为最后参加决赛的应该是2人,这2人应该从22=4人中产生,而这4人又应该是从23=8人中产生的。这样,如果报名的人数恰巧是2的整数次幂,即2、4(22)、8(23)、16(24)、32(25)……,那么,只要按照报名人数每2人编成一组,进行比赛,逐步淘汰就可以了。假如报名的人数不是2的整数次幂,在比赛中间就会有轮空的。如果先按照2个人一组安排比赛,轮空的在中后阶段比,而中后阶段一般实力较强,比赛较紧张,因此轮空与不轮空机会上就显得不平衡。为了使参赛者有均等的获胜机会,使比赛越来越激烈,我们总把轮空的放在第一轮。例如上例的50在32(25)与64(26)之间,而50-32=18.那么第一轮应该从50人中淘汰18人,即进行18场比赛。这样参加第一轮的是18组36人,轮空的有14人。第一轮比赛后,淘汰18人,剩下32人,从第二轮起就没有轮空的了。第二轮要进行16场比赛,第三轮8场,第四轮4场,第五轮2场,第六轮就是决赛产生冠军和亚军。这样总共进行六轮比赛,比赛的场数一共,是:18+16+8+4+2+1=49,恰恰比50少1.

我们再来看看世界杯足球赛的例子。98法国世界杯赛共有32支参赛球队,比赛采取的方式是先进行分组循环赛,然后进行淘汰赛。如果全部比赛都采用淘汰制进行,要安排几场比赛呢?32正好是25,因而总的场数是16+8+4+2+1=31,也是比32少1.

不妨再从一般情况来研究。如果报名的人数为M人。而M比2n大,但比2n+1小,那么,就需要进行n+1轮比赛,其中第一轮所需要比赛的场数是M-2n,第一轮比赛淘汰M-2n人后,剩下的人数为M-(M-2n)=2n。以后的n轮比赛中,比赛的场数为:

2n+1+2n-2 2n-3+……+23+22+2+1

=(2n-1+2n-2+2n-3+……+23+22+2+1)×(2-1)

=(2n+2n-1+2n-2+2n-3+……+23+22+2)-(2n-1+2n-2+2n-3+……+23+22+2+1)

=2n-1

所以,一共比赛的场数是(M-2n)+(2n-1)=M-1,即比参加的人数少1.

其实,每一场比赛总是淘汰1人。在M人参加的比赛中,要产生1个冠军就得淘汰M-1人,所以就得比赛M-1场。你明白了吗?