Collatz树/3x+1猜想

The 考拉兹猜想(也称为“3x+1”或“3n+1”问题)涉及一个简单的重复公式,但会产生一些有趣的序列。

简而言之,从一个正整数开始;如果是偶数,则除以二;如果是奇数,将其乘以三再加一。重复此序列,直到结果为1。例如,从28开始,产生序列28、14、7、22、11、34、17、52、26、13、40、20、10、5、16、8、4、2,最后是1。如果继续超过1,序列将无限循环4、2、1、4、2和1…

这是一个悬而未决的问题,是否所有通过这个过程运行的正整数最终都为1;虽然序列可能会永远增加,或进入循环,但迄今为止尚未发现任何序列。

“反转”该过程将生成Collatz树。给定结果1,结果的两种显示方式是n/2为1或n3+1为1。因此,1的两个可能“前兆”是2或0。虽然2是一个有效的前兆,但0不是:因为它是偶数,所以它不会通过公式n3+1运行;相反,它将被二除。

我们可以继续沿着这条路,看看会产生什么结果;由于应用的正态运算是n/2和3n+1,我们可以执行逆运算2n和(n-1)/3来查看2的前驱是什么。操作产生4(有效)和1/3(无效,因为它不是整数。)

通过迭代有效结果,我们得到了一棵树:

这显示了前8次迭代中的有效节点和无效节点。

一些相关的整数序列:

  • 从下到上遍历树可以得到整数序列A088975号: 1, 2, 4, 8, 16, 5, 32, 10, 64, 3, 20, 21…
  • 从上到下遍历每个级别的最右侧节点得到2的幂(1、2、4、8、16、32…),而遍历每个层的最左侧节点得到整数序列A101229号: 1, 2, 4, 8, 16, 5, 10, 3, 6, 12, 24, 48…
    请注意,逆3x+1公式(x-1)/3永远不会为三的倍数生成整数,因此从“6”开始,这个序列中的每个数字总是前一个数字的两倍。
  • 每个级别中的节点数是整数序列A005186号: 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 4, 4, 6, 6, 8, 10, 14, 18, 24, 29…

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