怎样用折纸法做试验
在日常生活中,我们常常要碰到选择最好方案的问题。例如,一个有经验的厨师,能够选择合适的配料和适当的调味品,做出鲜美可口的菜肴。这里面就有一个如何配菜,以及各种调味品应加多少最好的问题。又如,一枝粉笔用到最后都要丢掉一段一定长度的粉笔头,从这一点来说,粉笔做得越长越好。但是,太长了容易折断,每断一次就要浪费一个粉笔头,这样反而不合算;而且太长了,使用起来也不方便。因此,就有一个粉笔做多长为最好的问题。这两个问题都属于”优选法”的问题。
在生产活动和科学实验中,更是经常遇到这类问题。如生产某种产品时,怎样选取合适的配方,合适的操作条件,使得产品的质量好、数量多、而成本又最低?这就要找出配方、生产条件与产品的质量和数量之间的规律,因此往往需要做一系列的实验。对生产中所遇到的问题,最好是能通过尽可能少的试验,找到最好的方案来给予解决。现在,一般是用“折纸法”来安排试验,这种方法要用到一个数——0.618。
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譬如,某种钢材冶炼时需要加入某种化学元素来增加它的强度。根据经验,已估计出每吨钢的加入量在1000克到2000克之间。如果每10克作一次试验的话,就要作一百次,这就费时费力,现在我们拿一张有刻度的纸条表示1000克~2000克,我们在纸条的1618处划一条线,1618这一点,实际上就是这张纸条长度的0.618倍;用算式表示,即
1000+(2000-1000)×0.618=1618。
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我们取1618克化学元素加入一吨钢中做一次试验。然后把纸条对折起来,前一线(1618)落在另一面的地方(即1382处),再划一条线。显然,这两条线对于纸条的中点是对称的。数值1382可以由下式计算出来:
1000+(2000-1618)=1382。
这个算式一般可写为
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我们再取1382克化学元素加入一吨钢中,再做一次试验。
把两次试验的结果进行比较,假定1382克的强度比较高,我们就在1618处把纸条的右边一段剪掉,得下图(如果1618克的强度比较高,就在1382处剪掉左边一段)。
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把剩下的纸条再对折一下,在1382落在另一面的地方划一条线,根据(A)式可以计算出它应在1236处,即
1000+(1618-1382)=1236。
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按1236克做试验,再和1382克的效果比较。如果仍然是1382克的效果好,就在1236处剪掉左边一段,再对折一下,又可以找到一个点——1472处。按1472克做试验,再进行比较,再剪去一段,等等。这样每次留下的纸条长度是前一次长度的0.618倍。这样,一次又一次地试验、比较,逐步接近最好的加入量,直到达到我们的要求为止。
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在使用这种方法时,试验的范围是很重要的,这要根据经验,或已有的资料作出估计。当然有时候估计得不一定正确,最优点可能在估计的范围以外,那也没有关系。因为在这种情况下做试验时,“好点”必然逐个向右端点(或者左端点)靠近。如出现这种情况,我们在做过几次试验后,可直接在右端点(或左端点)做一次试验。若右端点(或左端点)的试验效果好,就必须向右(或向左)扩大范围,再进行试验,直到达到目的为止。
对于一个因素的问题,用折纸法做16次试验,可以抵得上用“均分法”做2500多次试验所达到的精度,这就大大节约了人力和物力。
实践证明,用这种优选法来安排试验,在选择合适的生产条件,进行新产品的试制,以及在质量达到要求的情况下,降低某种原料的用量等方面,都取得了有效的成果。