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Text File  |  1994-02-18  |  8.9 KB  |  271 lines

  1.  
  2.                 The Mathematical Theory of Big Game Hunting
  3.                 -------------------------------------------
  4.  
  5. Problem: To Catch a Lion in the Sahara Desert.
  6.  
  7. 1. Mathematical Methods
  8.  
  9. 1.1 The Hilbert (axiomatic) method
  10.  
  11. We place a locked cage onto a given point in the desert.  After that
  12. we introduce the following logical system:
  13.    Axiom 1: The set of lions in the Sahara is not empty.
  14.    Axiom 2: If there exists a lion in the Sahara, then there exists a
  15.     lion in the cage.
  16.    Procedure: If P is a theorem, and if the following is holds:
  17.       "P implies Q", then Q is a theorem.
  18.    Theorem 1: There exists a lion in the cage.
  19.  
  20. 1.2 The geometrical inversion method
  21.  
  22. We place a spherical cage in the desert, enter it and lock it from
  23. inside.  We then performe an inversion with respect to the cage. Then
  24. the lion is inside the cage, and we are outside.
  25.  
  26. 1.3 The projective geometry method
  27.  
  28. Without loss of generality, we can view the desert as a plane surface.
  29. We project the surface onto a line and afterwards the line onto an
  30. interiour point of the cage. Thereby the lion is mapped onto that same
  31. point.
  32.  
  33. 1.4 The Bolzano-Weierstrass method
  34.  
  35. Divide the desert by a line running from north to south. The lion is
  36. then either in the eastern or in the western part. Let's assume it is
  37. in the eastern part. Divide this part by a line running from east to
  38. west. The lion is either in the northern or in the southern part.
  39. Let's assume it is in the northern part. We can continue this process
  40. arbitrarily and thereby constructing with each step an increasingly
  41. narrow fence around the selected area. The diameter of the chosen
  42. partitions converges to zero so that the lion is caged into a fence of
  43. arbitrarily small diameter.
  44.  
  45. 1.5 The set theoretical method
  46.  
  47. We observe that the desert is a separable space.  It therefore
  48. contains an enumerable dense set of points which constitutes a
  49. sequence with the lion as its limit. We silently approach the lion in
  50. this sequence, carrying the proper equipment with us.
  51.  
  52. 1.6 The Peano method
  53.  
  54. In the usual way construct a curve containing every point in the
  55. desert. It has been proven [1] that such a curve can be traversed in
  56. arbitrarily short time.  Now we traverse the curve, carrying a spear,
  57. in a time less than what it takes the lion to move a distance equal to
  58. its own length.
  59.  
  60. 1.7 A topological method
  61.  
  62. We observe that the lion possesses the topological gender of a torus.
  63. We embed the desert in a four dimensional space.  Then it is possible
  64. to apply a deformation [2] of such a kind that the lion when returning
  65. to the three dimensional space is all tied up in itself. It is then
  66. completely helpless.
  67.  
  68. 1.8 The Cauchy method
  69.  
  70. We examine a lion-valued function f(z). Be \zeta the cage. Consider
  71. the integral
  72.  
  73.    1    [   f(z)
  74. ------- I --------- dz
  75. 2 \pi i ] z - \zeta
  76.  
  77. C
  78.  
  79. where C represents the boundary of the desert. Its value is f(zeta),
  80. i.e. there is a lion in the cage [3].
  81.  
  82. 1.9 The Wiener-Tauber method
  83.  
  84. We obtain a tame lion, L_0, from the class L(-\infinity,\infinity),
  85. whose fourier transform vanishes nowhere.  We put this lion somewhere
  86. in the desert.  L_0 then converges toward our cage.  According to the
  87. general Wiener-Tauner theorem [4] every other lion L will converge
  88. toward the same cage.  (Alternatively we can approximate L arbitrarily
  89. close by translating L_0 through the desert [5].)
  90.  
  91. 2 Theoretical Physics Methods
  92.  
  93. 2.1 The Dirac method
  94.  
  95. We assert that wild lions can ipso facto not be observed in the Sahara
  96. desert.  Therefore, if there are any lions at all in the desert, they
  97. are tame. We leave catching a tame lion as an execise to the reader.
  98.  
  99. 2.2 The Schroedinger method
  100.  
  101. At every instant there is a non-zero probability of the lion being in
  102. the cage.  Sit and wait.
  103.  
  104. 2.3 The nuclear physics method
  105.  
  106. Insert a tame lion into the cage and apply a Majorana exchange
  107. operator [6] on it and a wild lion.
  108.  
  109. As a variant let us assume that we would like to catch (for argument's
  110. sake) a male lion. We insert a tame female lion into the cage and
  111. apply the Heisenberg exchange operator [7], exchanging spins.
  112.  
  113. 2.4 A relativistic method
  114.  
  115. All over the desert we distribute lion bait containing large amounts
  116. of the companion star of Sirius. After enough of the bait has been
  117. eaten we send a beam of light through the desert. This will curl
  118. around the lion so it gets all confused and can be approached without
  119. danger.
  120.  
  121. 3 Experimental Physics Methods
  122.  
  123. 3.1 The thermodynamics method
  124.  
  125. We construct a semi-permeable membrane which lets everything but lions
  126. pass through. This we drag across the desert.
  127.  
  128. 3.2 The atomic fission method
  129.  
  130. We irradiate the desert with slow neutrons. The lion becomes
  131. radioactive and starts to disintegrate. Once the disintegration
  132. process is progressed far enough the lion will be unable to resist.
  133.  
  134. 3.3 The magneto-optical method
  135.  
  136. We plant a large, lense shaped field with cat mint (nepeta cataria)
  137. such that its axis is parallel to the direction of the horizontal
  138. component of the earth's magnetic field. We put the cage in one of the
  139. field's foci. Throughout the desert we distribute large amounts of
  140. magnetized spinach (spinacia oleracea) which has, as everybody knows,
  141. a high iron content.  The spinach is eaten by vegetarian desert
  142. inhabitants which in turn are eaten by the lions.  Afterwards the
  143. lions are oriented parallel to the earth's magnetic field and the
  144. resulting lion beam is focussed on the cage by the cat mint lense.
  145.  
  146. [1] After Hilbert, cf. E. W. Hobson, "The Theory of Functions of a Real
  147.     Variable and the Theory of Fourier's Series" (1927), vol. 1, pp 456-457
  148. [2] H. Seifert and W. Threlfall, "Lehrbuch der Topologie" (1934), pp 2-3
  149. [3] According to the Picard theorem (W. F. Osgood, Lehrbuch der
  150.     Funktionentheorie, vol 1 (1928), p 178) it is possible to catch every lion
  151.     except for at most one.
  152. [4] N. Wiener, "The Fourier Integral and Certain of itsl Applications" (1933),
  153.     pp 73-74
  154. [5] N. Wiener, ibid, p 89
  155. [6] cf e.g. H. A. Bethe and R. F. Bacher, "Reviews of Modern Physics", 8
  156.     (1936), pp 82-229, esp. pp 106-107
  157. [7] ibid
  158. - -- 
  159.  
  160. 4 Contributions from Computer Science.
  161.  
  162. 4.1 The search method 
  163.  
  164. We assume that the lion is most likely to be found in the direction to
  165. the north of the point where we are standing. Therefore the REAL
  166. problem we have is that of speed, since we are only using a PC to
  167. solve the problem.
  168.  
  169. 4.2 The parallel search method.
  170.  
  171. By using parallelism we will be able to search in the direction to the
  172. north much faster than earlier.
  173.  
  174. 4.3 The Monte-Carlo method.
  175.  
  176. We pick a random number indexing the space we search. By excluding
  177. neighboring points in the search, we can drastically reduce the number
  178. of points we need to consider. The lion will according to probability
  179. appear sooner or later.
  180.  
  181. 4.4 The practical approach.
  182.  
  183. We see a rabbit very close to us. Since it is already dead, it is
  184. particularly easy to catch. We therefore catch it and call it a lion.
  185.  
  186. 4.5 The common language approach.
  187.  
  188. If only everyone used ADA/Common Lisp/Prolog, this problem would be
  189. trivial to solve.
  190.  
  191. 4.6 The standard approach.
  192.  
  193. We know what a Lion is from ISO 4711/X.123. Since CCITT have specified
  194. a Lion to be a particular option of a cat we will have to wait for a
  195. harmonized standard to appear. $20,000,000 have been funded for
  196. initial investigastions into this standard development.
  197.  
  198. 4.7 Linear search.
  199.  
  200. Stand in the top left hand corner of the Sahara Desert.  Take one step
  201. east.  Repeat until you have found the lion, or you reach the right
  202. hand edge.  If you reach the right hand edge, take one step
  203. southwards, and proceed towards the left hand edge.  When you finally
  204. reach the lion, put it the cage.  If the lion should happen to eat you
  205. before you manage to get it in the cage, press the reset button, and
  206. try again.
  207.  
  208. 4.8 The Dijkstra approach:
  209.  
  210. The way the problem reached me was: catch a wild lion in the Sahara
  211. Desert. Another way of stating the problem is:
  212.  
  213. Axiom 1: Sahara elem deserts
  214. Axiom 2: Lion elem Sahara
  215. Axiom 3: NOT(Lion elem cage)
  216.  
  217. We observe the following invariant:
  218.  
  219. P1:     C(L) v not(C(L))
  220.  
  221. where C(L) means: the value of "L" is in the cage.
  222.  
  223. Establishing C initially is trivially accomplished with the statement
  224.  
  225. ;cage := {}
  226.  
  227. Note 0: 
  228. This is easily implemented by opening the door to the cage and shaking
  229. out any lions that happen to be there initially.
  230. (End of note 0.)
  231.  
  232. The obvious program structure is then:
  233.  
  234. ;cage:={}
  235. ;do NOT (C(L)) ->
  236. ;"approach lion under invariance of P1"
  237. ;if P(L) ->
  238. ;"insert lion in cage"
  239.  [] not P(L) ->
  240. ;skip
  241. ;fi
  242. ;od
  243.  
  244. where P(L) means: the value of L is within arm's reach.
  245.  
  246. Note 1: 
  247. Axiom 2 ensures that the loop terminates.
  248. (End of note 1.)
  249.  
  250. Exercise 0:
  251. Refine the step "Approach lion under invariance of P1".
  252. (End of exercise 0.)
  253.  
  254. Note 2: 
  255. The program is robust in the sense that it will lead to
  256. abortion if the value of L is "lioness".
  257. (End of note 2.)
  258.  
  259. Remark 0: This may be a new sense of the word "robust" for you.
  260. (End of remark 0.)
  261.  
  262. Note 3: 
  263.  
  264. From observation we can see that the above program leads to the
  265. desired goal. It goes without saying that we therefore do not have to
  266. run it.
  267. (End of note 3.)  
  268. (End of approach.)
  269.  
  270. *** EOF
  271.