小时候玩迷宫游戏时,总想试试能不能一笔走完整个路线。长大后才发现,这种玩法原来有正经名字叫"欧拉路径"。但要是拿支笔对着复杂的几何图案较劲,总会冒出疑问:所有图形都能用一笔画完成吗?
什么是一笔画原理
1736年,欧拉研究柯尼斯堡七桥问题时发现,能否不重复走完所有桥的关键,在于图形中奇点数量。所谓奇点,就是连接线条数量为奇数的交叉点。就像我们画五角星时总会遇到几个"卡壳"的位置,这些就是典型的奇点。
- 零个奇点:可以回到起点的闭合路径
- 两个奇点:必须从某个点开始,在另一个点结束
- 四个及以上奇点:无法一笔完成
生活中的常见案例
观察下快递小哥的派送路线,或者公园里的健走步道,经常能看到符合一笔画原理的设计。上周我在小区里看到新画的儿童跳房子游戏格,九个格子连成的图案刚好有两个奇点,孩子们玩得不亦乐乎。
不同图形类型对比
图形类型 | 奇点数量 | 能否一笔画 | 典型例子 |
闭合环形 | 0 | ✓ | 圆形、正方形 |
汉字"日" | 4 | × | 窗户格 |
五角星 | 5 | × | 国旗图案 |
树状结构 | 多个 | × | 家族谱系图 |
那些不听话的图形
去年给侄女辅导作业时,遇到道数学题要画"田"字。小姑娘握着彩笔较了半天劲,最后还是洇湿了作业本。其实这类带多个封闭区域的图形,就像多个连通图拼合,根本没法一笔完成。
特殊情况的处理技巧
有次在咖啡馆看见个有趣的解法:把不能一笔画的图形分解成若干个子图形。就像拼图游戏,先完成各个部分再组合。不过严格来说这已经不算传统意义上的连续不间断画法了。
现代应用中的变通
现在有些智能绘图软件声称能自动生成一笔画路径。仔细观察会发现,它们其实偷偷用了些小把戏:
- 允许局部重复描边
- 自动隐藏连接线
- 分段绘制后拼接
记得上个月看艺术展,有件金属雕塑作品就是用激光切割的一笔画图案。艺术家坦言在转角处做了特殊处理,这倒让我想起《图论基础》里提到的拓扑变形概念。
练习小窍门
要是真想练就真本事,可以从简单图形开始:
- 先画闭合的云朵轮廓
- 尝试带两个尖角的房子图案
- 进阶练写连笔艺术字
最近在公园看见大爷用大毛笔在地上练字,那些行云流水的连笔字,倒真暗合了一笔画的精髓。只是不知道他是否清楚,自己正在实践两百多年前的数学定理呢。