快乐结局问题,也称为“快乐的结局问题”,是为了确定对于 使得在平面上处于一般位置(即,其中没有三点是共线)的最小点数
的问题,这样
个点的每一种可能的排列都将总是包含至少一组
个点,这些点是一个 凸多边形 的
条边的顶点。当两位最初研究这个问题的研究者 Ester Klein 和 George Szekeres 订婚并随后结婚时,Erdős 给这个问题起了这个名字(Hoffman 1998, p. 76)。
由于三个非共线点总是确定一个三角形,所以 。
上面展示了 个点的随机排列。请注意,对于上面第五和第八个图中显示的排列,不可能有凸四边形,因此
必须大于 4。E. Klein 证明了
,通过展示任何五个点的排列都必然属于三种情况之一(左上图;Hoffman 1998, pp. 75-76)。
上面展示了 个点的随机排列。请注意,对于上面第五个图中显示的排列,不可能有凸五边形,因此
必须大于 8。E. Makai 证明了
,在证明对于八个点可以找到反例之后(右上图;Hoffman 1998, pp. 75-76)。
随着点的数量 的增加,为了查看它们是否形成凸
边形,需要检查的
-子集 的数量
也随着
而增加,因此组合爆炸阻止了对远大于
的情况进行轻松研究。此外,参数空间变得如此之大,以至于即使对于
且
个点的情况,随机搜索反例也需要极长的时间。由于这些原因,一般问题仍然是开放的。
Szekeres 和 Peters (2006) 使用 1500 CPU 时的计算机搜索证明了 ,该搜索消除了 17 个点的所有可能配置,这些配置缺少凸六边形,同时仅检查了所有配置中的一小部分。Marić (2019) 和 Scheucher (2020) 独立地验证了
,在几个 CPU 小时内使用了可满足性 (SAT) 求解,Scheucher (2023) 后来将时间缩短到 10 CPU 分钟,Heule 和 Scheucher (2024) 缩短到 8.53 CPU 秒。
因此, 对于
、4、5 和 6 的前几个值分别是 3、5、9、17,这恰好是
。然而,
对于
的值是未知的。
Erdős 和 Szekeres (1935) 表明 总是存在,并推导出界限
(1)
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其中 是一个 二项式系数。对于
,此界限后来被简化为
,其中
(2)
|
由 Chung 和 Graham (1998) 提出,,其中
(3)
|
由 Kleitman 和 Pachter (1998) 提出,以及 ,其中
(4)
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由 Tóth 和 Valtr (1998) 提出。