四色問題或稱四色猜想。該問題的證明求解屬世界上著名數學難題之一。1879年曾有人首次提出求解證明,但被數學界所否定。百餘年來世界上許多數學家為此傾注精力,但始終未得分曉。作者從1979年開始傾心鑽研四色問題求證,借助歐拉定理、拓樸和數學歸納法等數學理論工具,在希伍德證明五色定理的基礎上,大膽探索研究,提出鎖陣運籌理論,試圖解開百年來這一數學難題。現出版這本專著以供數學界品評鑒定,意在推動數學的發展,為創立新的數學門類或分支,開拓數學研究新領域,促成學術研究的飛速進步。
著名的因色問題,或稱四色猜想,最初是英國的一位地圖繪製員弗朗塞斯,古斯裏於1850年提出來的。其立題是;繪製任何一張地圖,最多隻需要填上四種顏色就可以將彼此相鄰(有一段公共的邊界線,而不僅僅隻有一個公共點)的各個區域互相區別開來。這個問題,在開始一段時同並未引起數學界的的重視,誰知到後來,對這個問題的證明竟成為世界上最著名的數學難題之一,甚至躋身於世界三大數學難題之列:1879年肯泊,(一位可敬的律師)作出了第一個證明,1890年被數學家希伍德否定了。曾希伍德證明了五色定理,其後四十年他試圖證明四色定理,沒有成功。近百年來,世界上許多數學家,還有一些被四色問題迷住的非數學界人士、包括文學家,耗費畢生精力用各種方法希圖攻克這個難關,均未如願。一些宣稱證明了四色定理的證明,也都是不成功的;盡管如此,他們都作出了自己的貢獻,推動了組合拓撲學和圖論的發展。有些數學家還對一些特殊情形和40個區域以內的圖形作出了證明。直到1976年,美國的數學家們借助電子計算機(運行1200多小時),宣稱證明了四色定理,轟動了世界數學界,但亦未能得到數學界的一致承認。據知,目前數學界一種較普遍的看法是,如果沒有新數學,四色定理大概是證明不了的。鑒於此,數學界有人把四色問題比喻為一種瘟疫,認為可改名“四色病”,迷上了它,“雖然還沒有致死的記錄,但已經知道它會使人痛苦非凡”。當前真正下功夫研究它的人,已寥若晨星了。
我是從1979年開始鑽研四色問題的(回想起來當時的確幼稚可愛,不怕天高地厚)。我的自我感覺是,開始好像是走進桃花源,被它奇特的景色迷住,接著就像掉進了無底陷阱(或者說是“黑洞”),但又仿佛前麵總有點亮光忽隱忽現,像是在戲弄我,又像是鼓勵我在黑暗中摸索前行。我問蒼天,它究竟是“四色”仙子,還是“四色”妖魔?蒼天不應。我明白了:你捉住了它,它就是仙子;你捉不住它,它就是妖魔。豈獨四色問題,自然界的萬事萬物都是這樣。對人類來說,仙子和妖魔的界線蓋在於此。瘟疫也罷,陷阱也罷,妖魔也罷,或者說我自不量力也罷,“癩蛤蟆想吃天鵝肉”也罷,我毅然決然朝著閃爍亮光的地方走去。在我眼前,陷阱和黑暗終於消失了。現在要請教數學界專家們的是,我捉住的這位仙子是不是就是那個“四色”妖魔;抑或,我抓住了它的腰帶,它正在掙紮著脫身,以便布下更險惡的迷陣在等待我?
“四色”妖魔的藏身窟,前人借助歐拉所發現的平麵圖的歐拉公式已經探明了,困難的問題是怎樣設法把它提住。“吃一塹,長一智”。鑒於已往的經驗教訓,這次我捕捉“四色”妖魔確是絞盡腦汁,施展謀略,布下了天羅地網的。在數學的圖論中,我稱之為“鎖陣運籌”,即證明四色定理的三階遞進程序和全方位連鎖可控調整工程,也許就是證明四色定理的新數學吧。捕捉“四色”妖魔要有“縛魔索”,“縛魔索”就是二色通道。希伍德就是用這樣一根“縛魔索”將“五色”妖魔捉住的。但是,對於“四色”妖魔則遠遠不行了,它有“隱身法”和“分身術”,東竄西跳同你捉迷藏,當你花費很大力氣捉住這一個,卻又在別處冒出了另一個,怎麼也捉不盡,窮舉法在這裏是毫無用處的。因此要用二色通道的“縛魔索”布下一個全方位連鎖可控調整的鎖陣,形成一整套鎖陣運籌的理論和方法,在鎖陣運籌過程中不斷排除四色可解,最後將“四色”妖魔團團圍困起來,使它完全陷於孤立,什麼“隱身法”、“分身術”在這裏全無用武之地,從而俯首就擒。這就是:首先排除一階四色可解,找到一階四色不可解線路基準圖鉍及其複式圖;然後通過全方位連鎖有序的可控換色調整排除二階四色可解,找到二階四色不可解線路集合基準圖況及複式圖,還有一階圖的二階圖和最後在由“縛魔索”形成的二階四色不可解線路集合的“天羅地網”中,達到三階最後四色可解,將“四色”妖魔死死縛住。如果用一個公式來表達,即,一階四色可解十二階四色可解十三階四色可解二全部四色可解。