稀疏標尺是一種 標尺,其整數長度為 ,並具有最少的
刻度,允許測量所有距離 1, 2, 3, 4, ... 直到
(可能重複)。 因此,它們與 Gardner (1985, pp. 65-67 和 261-262) 所考慮的標尺型別非常相似。
考慮一個長度為 13 的稀疏標尺。 顯然,五個刻度是不夠的,因為可能的刻度之間最多有 個差值。 另一方面,六個刻度就足夠了,但由於這會產生
個差值,因此必須有兩個重複值。 這樣一組刻度的示例是
0, 1, 6, 9, 11, 和 13
,它給出了高達 13 的所有距離,但包括距離 2 和 5 各兩次 (
和
;
和
)。 事實上,對於五個或更多刻度,不存在 完美 稀疏標尺,即唯一測量直至其長度的所有距離的稀疏標尺 (Golomb 1972; Gardner 1983, p. 154)。
稀疏標尺出現在 Erdős 和 Gál (1949) 的差分表示問題中。 尋找給定長度的稀疏標尺的問題部分由 Leech (1956) 解決,主要由 Wichmann (1963) 解決。 然而,直到 Robinson (2014) 和 Pegg (2020) 進行現代計算機分析後,Wichmann 解決方案的強大之處才被認識到。
一個稀疏標尺的例子可以透過刻度 0, 1, 2, 3, 27, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 55, 58
給出,刻度之間的差值為
1, 1, 1, 24, 5, 4, 4, 4, 4, 4, 3, 3
。 像這樣具有重複值的標尺有一個縮寫形式,寫為
。 這種表示法導致了主要的
和次要的
Wichmann 構造
具有 個刻度的 Wichmann 標尺的最大長度為
。 對於
, 2, ...,這些長度為 3, 6, 9, 12, 15, 22, 29, 36, 43, 50, 57, 68, 79, ... (A289761)。 最優稀疏標尺對於給定數量的刻度具有最大長度。 除了長度為 1、13、17、23 和 58 (A349978) 之外,所有已知的最優稀疏標尺都是 Wichmann 構造。 最優標尺猜想認為,除這些例外情況外,所有最優稀疏標尺都是 Wichmann 構造。
長度為 的稀疏標尺具有
個刻度,其中
稱為超額量,等於 0 或 1。
對於
, 51, ... 的值由 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, ... (A326499) 給出,這是一個偏移量為 50 的序列,因為對於所有
而言
。 計算機搜尋的難度隨著長度呈指數級增長。 事實上,甚至沒有排除超額量對於某些 (較大) 的
值可能是
的可能性。
主要的和次要的 Wichmann 構造彼此之間是簡單的修改,並且大多數解決方案可以透過多種方式進行修改。 對於超過 880 個刻度,在 Wichmann 構造的末尾新增單個刻度可以為任何大於 257992 的長度產生超額量為 0 或 1 的解決方案。 這使得稀疏標尺在組合數學問題中顯得不尋常,因為較小(而非較大)的情況最難找到,其中長度為 1792 的稀疏標尺尤其具有挑戰性。
繪製最大 Wichmann 標尺批次中的超額值導致了一種模式,N. J. A. Sloane 稱之為“陰天下的黑暗撒旦磨坊”。 黑暗磨坊中的所有視窗都是 Wichmann 構造。 由於這種模式,人們認為 Wichmann (1963) 解決了這個問題,並帶有上述警告。