超級電子計算機輔助證明數學問題
布爾畢達哥拉斯三元數問題
四色猜想、E8結構、Fekete問題、Kepler猜想等著名數學難題,都是借助電子計算機(computer,俗稱電腦)來證明的,對於需要極大運算量的數學問題,大多數情況也只能靠超級電子計算機的幫忙,電子計算機成為數學研究的輔助工具已是大勢所趨。可是仍有很多數學家認為電子計算機證明數學命題的細節檔案大小過於龐大,以至於人工進行檢驗相當困難,很難接受電子計算機證明的正確性。然而數學家保羅.艾狄胥
(Paul Erd ős)卻認為﹕「如果四色問題有一個不依賴電腦的證明,我會更加開心,但我也願意接受阿佩爾(Kenneth Appel)和哈肯(Wolfgang
Haken)的證明——誰叫我們別無選擇呢?」。「四色猜想」的問題最早由一位英國製圖員於西元1852年提出,但數學家一直無法證明猜想是正確或是錯誤的。一直到西元1976年,美國數學家
Kenneth Appel 和 德國數學家 Wolfgang Haken
才藉助電子計算機首次得到證明猜想是正確的,將「四色猜想」變為「四色定理」。
西元2014年2月英國利物浦大學的計算機專家Alexei Lisitsa博士和Boris
Konev博士利用電子計算機(電腦)證明「艾狄胥差異問題」,證明細節的檔案大小大約是13Gb,如果要由人工進行驗證,確實不容易。隔年西元2015年9月,華裔數學家陶哲軒就以一般數學家能接受的傳統方法(完全人工)證明了艾狄胥差異問題。
三位電子計算機科學家Marijn
J. H. Heule, Oliver Kullmann和 Victor W. Marek分別來自美國德克薩斯大学奥斯汀分校(The
University of Texas at Austin)、英國史雲斯大學(Swansea
University)、美國肯塔基大學( University of Kentucky)
,於西元2016年5月3日在arxiv.org發表一篇文章,報告他們在德克薩斯先進計算中心(Texas Advanced Computing
Center)超級電腦 Stampede 的幫助下,解決了著名的「布爾畢達哥拉斯三元數問題」(Boolean
Pythagorean triples problem),細節檔案大小高達200TB。
布爾畢達哥拉斯三元數問題最早由美國數學家 Ronald Graham
在西元1980年提出:「能否將正整數集合 N = { 1, 2, 3, 4,5,… } 中的每個數字分別以藍色或紅色染色,使得滿足畢達哥拉斯定理a2 + b2
= c2 的任意三個數 a,b 和 c 不是同一種顏色?」例如,畢達哥拉斯數3,4和5,若3和5是藍色,那麼4就必須是紅色。
Marijn J. H. Heule, Oliver Kullmann和 Victor W.
Marek利用對稱性和數論中的幾個技巧,將需要交給電子計算機的可能染色檢驗減少到1萬億次以內,然後利用 超級電腦Stampede
的800個核心並行計算。在連續運算了大約2天的時間,他們終於獲得證明:「正整數集合 N = { 1, 2,…, 7824 }
可以分割成兩個部分集合,使得畢達哥拉斯數不會同時在同一個部分集合內。但增加到7825(以及更大的數)時就無法滿足條件。」
布爾畢達哥拉斯三元數定理﹕「正整數集合 N = { 1, 2,…, 7824 } 可以分割成兩個部分集合,使得畢達哥拉斯三元數不會同時在同一個部分集合內。」
一定會有數學家希望步陶哲軒以傳統方法(完全人工)證明艾狄胥差異問題之後證明「布爾畢達哥拉斯三元數定理」。
延伸閱讀:
http://arxiv.org/abs/1605.00723
美國自然雜誌報導文章
超級電腦 Stampede
艾狄胥差異問題
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