Введение

Какуро (カックロ) — это вид логической головоломки, которую часто называют математической транслитерацией кроссворда. Загадки Какуро регулярно публикуются во многих изданиях, посвященных математике и логике, по всему миру. В 1966 году канадский Джейкоб Э. Фанк, сотрудник Dell Magazines, придумал оригинальное английское название Cross Sums, а также использовались другие названия, такие как Cross Addition, но японское название Kakuro, сокращение от японского kasan kurosu (加算クロス, «сумма-крест»), похоже, получило всеобщее признание, и головоломки теперь чаще всего так и называются в большинстве изданий. Популярность Какуро в Японии огромна, уступая лишь Судоку среди знаменитых логических головоломок от Nikoli. Некоторые варианты включают ограничение, что определенная комбинация чисел может быть использована только один раз в каждой сетке, но при этом головоломки продаются как обычные Какуро. Некоторые издатели предпочитают печатать сетки Какуро точно так же, как сетки кроссвордов, без каких-либо обозначений в черных ячейках и вместо этого нумеруют заполнения, предоставляя отдельный список подсказок, аналогичный списку подсказок для кроссвордов. (Это исключает строку и столбец, полностью состоящие из черных ячеек.) Это исключительно вопрос оформления и не влияет ни на решение, ни на логику, необходимую для его решения. При обсуждении загадок и тактик Какуро обычно используют сокращенную запись для обозначения заполнения: «(сумма, цифрами) в (количество ячеек в заполнении, прописью)», например, «16 в двух» и «25 в пяти». Исключением является то, что обычно называют «45 в девяти» — просто используется «45», поскольку «в девяти» математически подразумевается (девять ячеек — это самое длинное возможное заполнение, и поскольку цифры не могут повторяться, оно должно состоять из всех цифр от 1 до 9 по одному разу). Любопытно, что оба варианта «43 в восьми» и «44 в восьми» все еще часто называют именно так, несмотря на то, что суффикс «в восьми» также подразумевается.

Комбинаторные методы

Хотя возможно угадывание, более эффективным подходом является понимание различных комбинаторных форм, которые могут принимать числа в зависимости от сочетания подсказок и длины суммы. Пространство решений можно сузить, определяя допустимые пересечения горизонтальных и вертикальных сумм или рассматривая необходимые или отсутствующие значения. Числа с достаточно большими или малыми подсказками для их длины будут иметь меньше возможных комбинаций, и, сравнивая их с пересекающимися числами, можно вывести правильную перестановку или её часть. Самый простой пример: если 3 в двух пересекается с 4 в двух, то 3 в двух должно состоять из "1" и "2" в каком-либо порядке, а 4 в двух (поскольку "2" не может повторяться) должно состоять из "1" и "3" в каком-либо порядке. Следовательно, их пересечение должно быть "1" – единственной общей цифрой. При решении более длинных сумм существуют дополнительные способы найти подсказки для определения правильных цифр. Один из таких способов – отметить, какие несколько клеток вместе имеют общие возможные значения, тем самым исключая возможность того, что другие клетки в этой сумме могут иметь эти значения. Например, если две подсказки "4 в двух" пересекаются с более длинной суммой, то 1 и 3 в решении должны находиться в этих двух клетках, и эти цифры нельзя использовать где-либо еще в этой сумме. Решение сумм с ограниченным числом возможных наборов решений может дать полезные подсказки. Например, сумма 30 в семь имеет только два набора решений: {1,2,3,4,5,6,9} и {1,2,3,4,5,7,8}. Если одна из клеток в этой сумме может принимать только значения {8,9} (например, если пересекающая подсказка – "17 в двух"), то это не только указывает на подходящий набор решений для этой суммы, но и исключает возможность того, что любая другая цифра в сумме может быть равна одному из этих двух значений, даже до определения того, какое из двух значений подходит для этой клетки. Другой полезный подход в более сложных головоломках – определить, в какой клетке находится цифра, исключая другие возможные места в сумме. Если все пересекающиеся подсказки для суммы имеют множество возможных значений, но можно определить, что только одна клетка может содержать определенное значение, необходимое для этой суммы, то, несмотря на другие возможные значения, допускаемые пересекающейся суммой, именно эта клетка должна содержать это единственное возможное значение. Например, сумма 36 в восьми должна содержать все цифры, кроме 9. Если только одна из клеток может принимать значение 2, то это и будет ответом для этой клетки.

Техника коробки

"Техника коробки" также может применяться время от времени, когда геометрия незаполненных белых ячеек на определенном этапе решения позволяет это сделать: путем суммирования подсказок для ряда горизонтальных записей (с вычетом значений любых цифр, уже внесенных в эти записи) и вычитания подсказок для частично перекрывающегося ряда вертикальных записей, разность может указать значение частичной записи, часто одной ячейки. Эта техника работает, поскольку сложение обладает свойствами ассоциативности и коммутативности. Распространенной практикой является обозначение возможных значений для ячеек в углах ячеек, пока не будет доказано, что все, кроме одного, невозможны; для особенно сложных головоломок иногда решающие отмечают целые диапазоны значений для ячеек в надежде в конечном итоге найти достаточно ограничений для этих диапазонов от пересекающихся записей, чтобы сузить диапазоны до единственных значений. Из-за нехватки места некоторые решающие вместо цифр используют позиционную нотацию, где потенциальное числовое значение обозначается меткой в определенной части ячейки, что позволяет легко разместить несколько потенциальных значений в одной ячейке. Это также упрощает различие между потенциальными и окончательными значениями. Некоторые решающие также используют миллиметровую бумагу, чтобы протестировать различные комбинации цифр, прежде чем вносить их в сетку головоломки. Как и в случае с Судоку, только относительно простые головоломки Какуро можно решить с помощью вышеупомянутых техник. Более сложные требуют использования различных типов цепных схем, аналогичных тем, что встречаются в Судоку (см. Удовлетворение ограничений на основе шаблонов и логические головоломки).

Математика Какуро

Математически, головоломки Какуро можно представить в виде задач целочисленного программирования и они являются NP-полными. См. также Yato и Seta, 2004. В головоломках Какуро легко выявить два вида математической симметрии: минимальные и максимальные ограничения являются дуальными, как и отсутствующие и заданные значения. Все комбинации сумм можно представить, используя битовое представление. Это представление полезно для определения отсутствующих и заданных значений с помощью побитовых логических операций.

Популярность

Загадки Какуро публикуются почти в 100 японских журналах и газетах. Какуро оставалась самой популярной логической головоломкой в японской печатной прессе до 1992 года, когда Судоку заняла первое место. В Великобритании они впервые появились в газете The Guardian, за которой последовали The Telegraph и Daily Mail.