Saturday, May 14, 2005

PizzaHut沙拉塔的堆叠方案分析

本文通过分析必胜客沙拉塔的堆叠问题,提出一种能够使堆叠的沙拉塔体积最大化的方案,即将胡萝卜条呈放射状铺在盘子的外缘,并探出接近一半的长度, 以此为底,再使用菠萝块摆在外围作为承重墙,中间摆放喜爱的内容,如此逐层提高,便可达到理想高度,从而得到理想体积。最后,本文给出了堆叠沙拉塔的图文 攻略。

1、问题提出

   必胜客(PizzaHut)内有28元的自助沙拉,方法是向一只空碗内放入喜爱的各色沙拉原料。据说,国外必胜客的自助沙拉吃完是可以续添的,可是国内 似乎无此规定。当然,追求尽可能多的码放是几乎每个消费者的目标。本文目的就是讨论如何才能达到这一目标,并给出一种合理可行的方法。

2、问题分析

  追求码放质量的极大化,属于极值问题。码放出来的沙拉塔形状近似是一个圆台体,在认为各材料密度近似的假设下,只需使圆台体的体积极大即可。

3、模型假设

3.1 忽略各种材料的密度差异;

  胡萝卜和黄桃不是一种东西,密度自然也不相同,但是为了便于分析,将其视为同密度物质;

3.2 忽略材料之间的缝隙;

  各种材料之间不可避免的会有很多空洞,虽然可以用葡萄干、玉米粒等小颗粒来填补,但是仍然会有不少空洞;这里将其忽略之;

3.3 认为沙拉塔的外形是圆台体;

  因为盘子内部——即盘子边缘所在平面到盘子底部这部分容积——无论何种码放方法,都是填满内容的,所以这部分体积对不同的方法贡献相同,故不予考虑;圆台体的形状,用通俗的话说,就是圆锥体平行于底面切去上方尖部后所剩形状。

3.4 认为萝卜条是横截面为正方形的立方柱;

  横截面为正方形的立方柱,举例来说,如0.5 cm ×0.5 cm ×10cm即是。

4、模型建立

  在上述假设成立的情况下,沙拉塔纵向截面图如图4-1所示。


图4-1 沙拉塔纵向截面

模型建立如下:

  在盘子(图 4-1中黑色部分)大小固定的情况下,使沙拉塔(图4-1中粉黄色部分)的体积V极大化。目标函数为:


5、模型计算


5.1 体积计算


  将尺寸标注于图 4-1之上,得到图 5-1。


图 5-1沙拉塔纵向截面尺寸标注图

  如图 5-1所示,R表示盘子外缘的半径,R1表示圆台体上底的半径,R2表示圆台体下底的半径,H表示圆台体的高,γ表示所示的夹角。

  根据圆台体积的计算公式,有:

  其中,表示圆台体上底面积,表示圆台体下底面积,且有S1、S2

  将(5-2)式代入(5-1)中,有

  这就是所求圆台的体积。从(5-3)式可以看出,当R1、R2、H任一值增大,都会使V增大。

  显然,当R1、R2固定时,H是一个线性因子,这和习惯相符,即码放得越高,体积越大。当H固定时,R1、R2共有三种关系:

  1)、如图 5-2 (a)所示:这种形状比较稳定,易于实现。
  2)、如图 5-2 (b)所示:这种形状还算稳定,是1)的一种极限情况。
  3)、如图 5-2 (c)所示:这种形状不稳定,难以实现。

图 5-2 (a) R1 < R2

图 5-2 (b) R1 = R2

图 5-2 (c) R1 > R2

图 5-2 R1 和R2的三种关系下沙拉塔的纵向截面图

  从便于操作的角度讲,我们对情况(c)不予考虑。当然,(c)未必不可实现,只是由于可操作性太差。一旦坍塌,就糗大了!稳妥起见,这里选择情况(a)和情况(b)进行讨论,即R1 ≤ R2

5.2 R2极大化

  显然,关键在于如何使 R2 极大化。换句话说,在盘子的外缘半径R一定的情况下,如何搭建底层,使 R2 极大,是使沙拉塔体积极大的关键。

  根据实际情况,可选的“建筑材料”有:胡萝卜条、菠萝块、黄桃块、苹果块、黄瓜片、沙拉酱、玉米粒、青豆、青椒圈(有的店缺)等等…………

  我们采用具有最长长度的胡萝卜条作为底层的建材。根据假设,认为萝卜条是横截面为正方形的立方柱,如图 5-3 (a)所示。其横截面如图 5-3 (b)所示,是个正方形;纵截面如图 5-3 (c)所示,是个矩形。


图 5-3 胡萝卜条横截面和纵截面

  胡萝卜条如图 5-4 (a) 呈放射状摆放,根部相接,外部探出盘子外缘一截,尺寸标注如图。其中绿色部分放大如图 5-4 (b)所示。


图 5-4 胡萝卜条摆放图

  根据几何关系,有如下等式成立:

  当 θ →0时,有

  因为实际上的 θ 很小,可以近似认为 c 、d 、e 相等。则可摆放胡萝卜条的数量N为:

  下面寻求 r 的计算表达式。显然有:

  设 k 为探出系数,有:

  代入,得:

  于是,有:

  根据

  有

  式(5-15)就是 R2 的表达式。

  因为要使 R2 极 大化,而 R 和 L 是定值,故需要使 k 极大化。k 的取值范围在 0 ~ 1 之间,根据杠杆原理, k ≤ 0.5 可以使萝卜条稳定在盘内,如果 k > 0.5,萝卜条会掉出盘子。当然可以在 k > 0.5 的情况下,往萝卜条上压一些材料使其保持平衡,但是这种努力很容易失败,不符合我们期望找到一种简便稳妥方法的初衷,故不予考虑。

  在 k = 0.5 的情况下,可得到 R2 极值为:

  此时,萝卜条个数为


6、模型验证

  某日,和丹佛、Spring 一同去安贞华联的 PizzaHut 饕餮,要了一份自助沙拉。测量了一下各参数,数值如下:

  取k = 1/3,计算得到N = 37根,实际上也正好是37根,如图 6-1完全吻合!

  接着,按照前述方法,层层摆放,因为只有3人,不想浪费,所以只摆了6层的圆台体,便收工开吃了。最后3人吃到半S,沙拉堆到了嗓子眼儿,差点P掉……


图 6-1 胡萝卜条摆放图

7、图文攻略

摄影者: IT民工,丹佛
拍摄时间:Oct 30, 2004
拍摄地点:学院路百盛超市必胜客店
建筑工人:IT民工,丹佛,COZO,阿木

  不得不说两句啊,不知道必胜客其他店情况如何,这次去学院路百盛超市必胜客店,发现和上次安贞华联必胜客店相比,地基材料胡萝卜条和承重墙材料菠萝块明显减肥成功!严重BS一个!

  不管这许多,让我们开始吧!Are you ready?Here we go!

7.1 洗干净双手

  双手是最灵巧的,洗干净它们,准备开工吧!

7.2 要一个空盘作为建筑材料集中盘

  一定要向服务员要一个空盘子,用来临时盛放建筑材料。这样可以方便多人并行操作:一人挑选形状强度都合适的材料并放置在盘子内,另一人从盘子中抓取材料来堆放沙拉塔。

7.3 填满沙拉碗的底部凹坑

  最喜欢吃什么?我觉得黄桃不错,所以就放了好多黄桃块填满沙拉碗的底部凹坑,又放了一些玉米粒之类的小东西塞空隙,直到接近平面。

7.4 在沙拉碗边沿按照幅射状贴萝卜条做地基

  这 一点真的很重要,万丈高楼平地起,没有稳定的地基,沙拉塔垒起来也不踏实。分析了参考文献中的几种方法之后,决定还是采用萝卜条来打底最合适。一定要仔细 挑选健康茁壮矍铄挺拔大小相近的萝卜条!萝卜条探出的比率尽量接近0.5,这个探出系数经实践证明是比较可靠滴。萝卜条之间底部接触,顶部分散,呈辐射 状,如图 7-1。为了萝卜条能够贴得结实些,需要使用适量沙拉酱做胶水,自己掌握这个度吧。


图 7-1 萝卜条打地基

  比较一下图 6-1 和图 7-1 这两幅图吧,一个只需要37根就搞定,而这个竟然需要52根!萝卜条缩水缩的好厉害!而且,学院路百盛超市必胜客店二楼自助沙拉区竟然没有放萝卜条!再次BS一个~~~

7.5 使用菠萝块压住萝卜条地基的内圈

  如图 7-2,用菠萝块压住萝卜条地基的内圈,防止萝卜条掉出来。

   萝卜条打底之后,将菠萝块作为承重墙。因为它足够结实,又呈良好的立方体形状,和黄桃块相比,它的摩擦力足够,不像黄桃块那么滑溜。菠萝块的选取原则是 个头均匀,四四方方,硬一点。还有,因为泡得久了,所以它含的水分较大,在上面材料的重压之下,盘子边缘会渗水出来,小心不要滴到衣服上啦。

  在这里再次抗议一下商家不要把菠萝块切的太薄了,严重影响建筑工人的施工情绪!


图 7-2 内圈菠萝块压住萝卜条

7.6 使用菠萝块压住萝卜条地基的外圈

  如图 7-3,尽可能把这一圈扩大点,这就是沙拉塔圆柱体的底面了。


图 7-3 外圈菠萝块压住萝卜条

7.7 在菠萝圈围成的凹坑内填上喜爱的材料,然后用黄瓜片覆盖,制造完美平台

  如图 7-4,萝卜条打底,菠萝块承重,黄瓜片放在菠萝块上,将高低层次不齐的顶面抹平。通常1~2层黄瓜片就足够了。有了这么完美的平台,还有什么搞不定?


图 7-4 用黄瓜片搭建平台

7.8 平台外圈围上菠萝块做承重墙

  如图 7-5,作为承重墙的菠萝块一定要选择个头均匀,形状规整,强度较大的。


图 7-5 平台外圈围上菠萝块做承重墙

7.9 在承重墙内填上喜爱的材料

  如图 7-6,因为菠萝块不厚道,所以承重墙是双层菠萝块,垒放更需技巧,因为不小心就会滑塌。保险起见,建议向内收一些。之后,在墙内填入喜爱的材料。三个黄瓜片就算是三个代表吧:P


图 7-6 在承重墙内填上喜爱的材料

7.10 又一个完美平台


  图 7-7是完美平台的俯视图,图 7-8是完美平台的侧视图。在这么完美的平台上搭建沙拉塔,我想,只有天空才是它的极限。



图 7-7 又一个完美平台


图 7-8 完美平台的侧面

7.11 快要完工之前

  如图 7-9,在这么完美的平台上搭建沙拉塔是一件赏心乐事,可是我们只有4人。本着不浪费的原则,我们见好就收,只搭了这么高。


图 7-9 快要完工之前

7.12 封顶

  图 7-10是封顶之后沙拉塔的俯视图。好歹也是一个塔,所以加个尖尖应该没人有意见,对吧。


图 7-10 沙拉塔封顶

  图 7-11是侧视图。是的,它并不高,但是它的底面积足够大。它不高,仅仅是由于我们3人胃容积之和的限制,如果愿意,3倍当前的高度,完全没有问题。做为图文教程示范,关键步骤都已经交代清楚了,这就够了。


图 7-11 沙拉塔侧面图

7.13 按人头分食,开吃喽!

  问服务员要几个空盘子,小心的将沙拉塔分食,这就没什么可说的了。千万小心,如果把胜利果实弄倒而被痛扁,我就更没话说了。






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