分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

高鐵票怎麼買比較便宜?讓數學告訴你!

文/郭君逸|數學科普 Unimath 網站作者,國立台灣師範大學數學系助理教授、魔術方塊收藏家

這是一張從高鐵網站下載的票價表。眼前除了一堆數字之外,你還注意到哪些數學呢?

圖/載自台灣高鐵

「矩陣!」

對的,你的觀察很正確。矩陣是大學線性代數這門課裡的主角,線性代數和微積分兩者並列為一窺高等數學的計算基礎,因此除了自然科學領域的學生強迫必修,甚至一些社會科學領域的學生也需要修讀,例如經濟、商管······等。聽起來或許有點恐怖,不過別緊張,撇開複雜的計算,單純矩陣表示法其實是生活中蠻常見實用的技巧,可以做為一群事物中兩兩彼此之間的關聯表格。像是上圖高鐵票價關係就是「起」「訖」點間的票價關係,還有各種比賽中選手或球隊彼此間的勝負關係。

這張圖右上半部是半價的優待票,以下討論我們只要看左下半部的全票即可。不知道讀者有沒有發現,「彰化→左營」的票價原本是 670 元,但「彰化→嘉義 250 元」加上「嘉義→左營 410 元」卻是 660 元,分開買居然可以省 10 元!?

是不是一直把票分段買,就可以越來越便宜呢?

其實並非如此!

例如「嘉義→左營」是 410 元,但改成「嘉義→台南 + 台南→左營」兩段票的話,會變成 420 元,反而變貴了。

為什麼會有這種現象呢?

分段買就會便宜?錯!那不一定。圖/By Formosa Wandering @ flickr, CC BY-NC 2.0

首先我們先來研究一下高鐵的票價訂法。政府每年會先用「消費者物價總指數(GICP)」來訂定每人的基本消費率,交通部把基本消費率乘以 1.2 當作高鐵的基本費率(2016 年)的基本費率是 4.386 元/人公里。(註:詳細計算方式請參閱:交通部高速鐵路工程局常見問答集高鐵票價調整案說明專區

而台北到左營站的距離為 339.284 公里,所以 4.386 * 339.284 = 1488.099 元/人,四捨五入到十位,所以才變成了 1490 元。問題就出在四捨五入的部分,1488 若拆成兩段 744 的話,四捨五入都變成 740,總合就是 1480 省了 10 元。相反地,如果 534 拆成兩個 267 的話,四捨五入後就會多出 10 元。

拆票的時機

那到底要什麼時候要拆票,什麼時候不拆呢?這是個很麻煩的問題,只能夠用暴力法,把所有情況都試過,才會知道。這時手算實在太累,我們要藉助電腦的幫忙了。但「暴力法」只是個大方向,實際要如何使用「暴力」,巧妙各有不同。

此類的問題,我們通常會用「動態規劃」(Dynamic Programming),這是一種「用空間換取時間」的概念來寫程式讓電腦幫我們解決問題的方法。當然這細節並非一時一刻可以講的清楚的。不過,教電腦如何解決問題就是數學!若我們可以把生活上遇到的難題(尤其是需要重複操作的動作),跟所學結合,很多都能夠迎刃而解。

筆者利用最短路徑演算法中的「無圈戴克斯特拉演算法」(Acyclic Dijkstra’s Algorithm),經過一些改進,並利用電腦計算出所有最便宜的票要如何購買,結果如下表:

圖/UniMath 提供

此表要怎麼查呢?是這樣的,不管南下或北上,都先視為南下,例如要買嘉義到新竹的票,先視為「新竹→嘉義」,查上表得「苗, 780」這串字,代表要先拆票買「新竹→苗栗」,剩下「苗栗→嘉義」這段,再查表,得「640」,沒有國字在數字前面,表示直接買是最便宜的。因此嘉義到新竹,就可以拆成「嘉義苗栗」與「苗栗新竹」兩張票買,只有 780 元,比原票價的 790 省了 10 元。

若是「台北→左營」的話,查上表可知,買「台北、桃園、新竹、苗栗、彰化、嘉義、左營」拆成六段票,會是 1480元,也是省 10 元。但這樣買的話,可能屁股還沒坐熱,就又要起來換位置了,還蠻麻煩的。

比較實用的是自由座。我們先來看一下現在高鐵自由座票價:

圖/載自台灣高鐵

自由座全票價計算規則是把標準全票打 95 折後取比較靠近的 5 的倍數,也是類似四捨五入,其最佳的拆票表如下:

圖/UniMath 提供

上表可以看出自由座長途車票拆票的話,最多可以省到 20 元。而且坐上車後,不用換位置,可以坐到底,非常方便。自由座優惠票(半票)最佳拆票表如下,最多可以省到 25 元:

圖/UniMath 提供

至於商務艙屬於特殊服務,票價並不受交通部規範,所以它的計算方式並沒有用到「四捨五入」,而是每一段直接疊加的,所以怎麼拆票價錢都是一樣的。

至於團體票、早鳥票,實用性不高,這裡就不列出了。若讀者真的有需要,或是想檢驗自己跑出的結果,都歡迎來信跟我索取。

從上面的例子,有個很重要很重要的現象:「誤差是會疊加的!」標準全票因為用到四捨五入,所以會有誤差,最多差到 10 元,自由座把標準全票乘以 0.95 後再四捨五入,最多可以差到 20 元,自由座半票又再乘以 0.5 後再四捨五入,所以最多可以差到 25 元。若自由座半票,直接是把標準全票的原始票價乘以 0.95,再乘以 0.5,最後再做四捨五入的話,這樣誤差就小很多了。

事實上,筆者也把台鐵的票價表做了計算,下表是西部幹線山線的拆票表:
(台鐵各列車票價請參考:台鐵自強號票價查詢;台鐵票價計算方式請參考:台鐵票價試算。)

圖/UniMath 提供

因為台鐵票價是四捨五入到個位數,所以即使基隆到屏東最長的路線拆成了 13 段票,也只省了 2 元。我想應該沒有人會為了省 2 元,自找麻煩吧。

考考讀者,若所有票價計算,皆改成無條件捨去的話,那會如何呢?改成無條件進入呢?

總結

由以上幾個分享的例子(以及文末推薦的延伸閱讀),可以了解到數線、平面坐標、極坐標的制定概念,其實早就存在生活中,只是數學家將它更嚴謹地用數學語言描述出來。另外,同餘概念、最優化、微積分、演算法,這些求學過程各階段中學到的數學,也都可以運用到生活上。

大多的知識,其實都有其演進堆疊的過程,而且生活上的事物,常常也可以跟所學連結。因此,多學總是有益無害的,但通常我們的學習環境,都是只有學習,卻不常訓練學生如何去應用,「培養數感」其實就是「培養數學時常能跟生活結合的感覺」,有了「數感」就會有學習動機,有了學習動機,學生就會主動學習。

前陣子爆紅的手機遊戲 Pokémon Go,社群網站上,就可以看到各種神人分享所學與遊戲結合的結果:

  • 演算法熟悉的人,就分享怎麼安排行走路線會最省時省力;
  • 熟悉統計與最優化的人,就會分享如何撒花比較划算,提升抓到怪的機率;
  • 學組合數學的人,可以計算所有怪獸搜集完全所需要時間的期望值、同樣的怪要轉換(transfer)誰、怪的體質與屬性的相剋分析、預估升級時間;
  • 學電子的人會設計一個雷達裝置放在身上,路上遇到怪就會發出通知、利用無人裝置孵蛋;
  • 駭客就會攔截遊戲訊號,取得怪的隱藏數值(IV)······等。

每個主題都不是一時一刻可以講的清楚,但看到不同背景的人,無不使用渾身解術,把所學運用到生活中,著實為我們帶來了不少正能量。

UniMath,You need Math,本期刊就是希望能培養大眾的數感而生,雖然每個人的學習背景不同,但只要能夠時時抱持著自己的知識都能用在生活上的信念,相信一定能蹦出不少的火花。

 

延伸閱讀:

 

本文轉載自 UniMath,《高鐵票分段買比較便宜?

作者簡介:郭君逸 - 國立台灣師範大學數學系助理教授、魔術方塊收藏家。
主要研究興趣為組合、圖論、演算法。近年來致力於科普的推廣,喜愛玩各種數學遊戲、益智玩具以及各類型魔術方塊。
目前為世界魔方聯盟(WCA)台灣地區認證員。曾開設整個學期的魔術方塊通識課程,跑遍全台進行魔術方塊系列演講。

關於 UniMath:UniMath (You Need Math)是一個 Online 數學媒體,我們的目的是成為一個線上平台,發表數學相關的科普文章及影音,使數學用更柔軟的姿態走入群眾,提升數學素養。歡迎加入 Facebook 粉絲團知道第一手訊息!

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

本月的泛科選書 《不腦殘科學2》是泛科學作者編輯團隊嘔心瀝血的超級鉅獻!不只能滿足大人與小孩的好奇心,更將拓展你的視野,帶領大家發現一個嶄新的世界!

泛科限時優惠79折(含運),現在就帶一本回家

關於作者

UniMath

UniMath (You Need Math) 是一個 Online 數學媒體,我們的目的是成為一個線上平台,發表數學相關的科普文章及影音,使數學用更柔軟的姿態走入群眾,提升數學素養。