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L'atelier de la patience

Retournez les cartes une à une : chacune va sur le premier tas dont la carte du dessus est plus haute qu'elle, ou ouvre un nouveau tas à droite. Le nombre de tas mesure la plus longue suite croissante cachée dans le paquet. Ici, vous composez le jeu, vous choisissez ce qu'on fait des cartes de même valeur, et vous décidez combien de fois on le bat.

Chaque colonne est un tas, la carte du dessus en bas. Le fil doré relie une plus longue suite croissante : une carte par tas, de gauche à droite. Les cartes ♥ et ♦ sont en garance ; au-delà de quatre séries, la série est notée par une lettre.

Deux mille donnes

Le même jeu, battu de la même façon, donné deux mille fois sous les deux règles. Survolez une barre pour lire sa part.

Répartition du nombre de tas sur deux mille donnes, pour les deux règles
    Voir les valeurs en tableau
    TasÉgal permisÉgal interdit

    Ce que mesure le nombre de tas

    Deux cartes d'une même suite croissante ne peuvent jamais finir sur le même tas, puisque la seconde, plus haute, n'a pas le droit de se poser sur la première. Il faut donc au moins autant de tas que la plus longue suite croissante. Et la stratégie de la patience n'en ouvre jamais davantage : en suivant, depuis le dernier tas, le dessus du tas voisin de gauche au moment de chaque pose, on remonte une suite croissante qui traverse tous les tas. C'est le fil doré de la table.

    Avec 52 cartes distinctes bien battues, on obtient 11 ou 12 tas en moyenne, autour de 2√52 ≈ 14,4 moins une correction : la loi exacte des fluctuations est celle de Tracy et Widom, la même que pour la plus grande valeur propre d'une grande matrice aléatoire (Baik, Deift et Johansson, 1999).

    La règle des cartes de même valeur

    Un vrai jeu répète ses valeurs : quatre as, quatre deux… Un jeu se décrit alors par ses séries, de longueurs L1, L2, …, chacune contenant les valeurs 1 à L. Le jeu réel, c'est quatre séries de 13. Il faut décider si une carte peut se poser sur une carte de même valeur. Si oui, les tas comptent la plus longue suite strictement croissante, et ne dépassent jamais le nombre de valeurs distinctes. Si non, ils comptent la plus longue suite croissante au sens large, et valent au moins le plus grand nombre d'exemplaires d'une même valeur.

    La correspondance de Robinson–Schensted–Knuth donne la répartition exacte : elle associe chaque mélange à un tableau de Young de forme λ, et le nombre de mélanges de forme λ vaut

    fλ · Kλ,μ

    où fλ se calcule par la formule des équerres et Kλ,μ est un nombre de Kostka, qui compte les tableaux remplis avec les multiplicités μ du jeu. La règle d'égalité choisit simplement le sens de lecture : égal permis, on compte les lignes de λ ; égal interdit, la longueur de sa première ligne.

    Les mélanges à l'américaine

    Un paquet neuf est rangé : chaque série en ordre croissant. Un mélange à l'américaine coupe le paquet en deux et entrelace les moitiés ; après k mélanges, le paquet n'est fait que d'au plus 2k séries montantes entrelacées. La patience voit cet ordre résiduel : sur 52 cartes distinctes, on passe d'environ 31 tas après un mélange à 14 après quatre, et il faut 6 ou 7 mélanges pour retrouver la valeur d'un paquet parfaitement battu. C'est l'écho, en tas, du résultat de Bayer et Diaconis : environ sept mélanges suffisent à battre un jeu.

    Les vérifications de ces formules, et leurs liens avec les marcheurs vicieux et les tours de Hanoï, sont dans le Carnet Mathématique, aux fiches L·108 à L·111.

    Références