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JulyRina's blog
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(一)巴什博奕(Bash Game):只有一堆n個物品,兩個人輪流從這堆物品中取物,規定每次至少取一個,最多取m個。最后取光者得勝。
顯然,如果n=m+1,那么由于一次最多只能取m個,所以,無論先取者拿走多少個,后取者都能夠一次拿走剩余的物品,后者取勝。因此我們發現了如何取勝的法則:如果n=(m+1)r+s,(r為任意自然數,s≤m),那么先取者要拿走s個物品,如果后取者拿走k(≤m)個,那么先取者再拿走m+1-k個,結果剩下(m+1)(r-1)個,以后保持這樣的取法,那么先取者肯定獲勝。總之,要保持給對手留下(m+1)的倍數,就能最后獲勝。
即,若n=k*(m+1),則后取著勝,反之,存在先取者獲勝的取法。
n%(m+1)==0. 先取者必敗。
(二)威佐夫博奕(Wythoff Game):有兩堆各若干個物品,兩個人輪流從某一堆或同時從兩堆中取同樣多的物品,規定每次至少取一個,多者不限,最后取光者得勝。
這種情況下是頗為復雜的。我們用(ak,bk)(ak ≤ bk ,k=0,1,2,...,n)表示兩堆物品的數量并稱其為局勢,如果甲面對(0,0),那么甲已經輸了,這種局勢我們稱為奇異局勢。前幾個奇異局勢是:(0,0)、(1,2)、(3,5)、(4,7)、(6,10)、(8,13)、(9,15)、(11,18)、(12,20)。
可以看出,a0=b0=0,ak是未在前面出現過的最小自然數,而 bk= ak + k,奇異局勢有
如下三條性質:
1。任何自然數都包含在一個且僅有一個奇異局勢中。
由于ak是未在前面出現過的最小自然數,所以有ak > ak-1 ,而 bk= ak + k > ak-1 + k-1 = bk-1 > ak-1 。所以性質1。成立。
2。任意操作都可將奇異局勢變為非奇異局勢。
事實上,若只改變奇異局勢(ak,bk)的某一個分量,那么另一個分量不可能在其他奇異局勢中,所以必然是非奇異局勢。如果使(ak,bk)的兩個分量同時減少,則由于其差不變,且不可能是其他奇異局勢的差,因此也是非奇異局勢。
3。采用適當的方法,可以將非奇異局勢變為奇異局勢。
假設面對的局勢是(a,b),若 b = a,則同時從兩堆中取走 a 個物體,就變為了奇異局勢(0,0);如果a = ak ,b > bk,那么,取走b - bk個物體,即變為奇異局勢;如果 a = ak , b < bk ,則同時從兩堆中拿走 ak - ab - ak個物體,變為奇異局勢( ab - ak , ab - ak+ b - ak);如果a > ak ,b= ak + k,則從第一堆中拿走多余的數量a - ak 即可;如果a < ak ,b= ak + k,分兩種情況,第一種,a=aj (j < k),從第二堆里面拿走 b - bj 即可;第二種,a=bj (j < k),從第二堆里面拿走 b - aj 即可。
從如上性質可知,兩個人如果都采用正確操作,那么面對非奇異局勢,先拿者必勝;反之,則后拿者取勝。
那么任給一個局勢(a,b),怎樣判斷它是不是奇異局勢呢?我們有如下公式:
ak =[k(1+√5)/2],bk= ak + k (k=0,1,2,...,n 方括號表示取整函數)
奇妙的是其中出現了黃金分割數(1+√5)/2 = 1。618...,因此,由ak,bk組成的矩形近似為黃金矩形,由于2/(1+√5)=(√5-1)/2,可以先求出j=[a(√5-1)/2],若a=[j(1+√5)/2],那么a = aj,bj = aj + j,若不等于,那么a = aj+1,bj+1 = aj+1+ j + 1,若都不是,那么就不是奇異局勢。然后再按照上述法則進行,一定會遇到奇異局勢。
(三)尼姆博奕(Nimm Game):有三堆各若干個物品,兩個人輪流從某一堆取任意多的物品,規定每次至少取一個,多者不限,最后取光者得勝。
這種情況最有意思,它與二進制有密切關系,我們用(a,b,c)表示某種局勢,首先(0,0,0)顯然是奇異局勢,無論誰面對奇異局勢,都必然失敗。第二種奇異局勢是(0,n,n),只要與對手拿走一樣多的物品,最后都將導致(0,0,0)。仔細分析一下,(1,2,3)也是奇異局勢,無論對手如何拿,接下來都可以變為(0,n,n)的情形。
計算機算法里面有一種叫做按位模2加,也叫做異或的運算,我們用符號(^)表示這種運算。這種運算和一般加法不同的一點是1^1=0。先看(1,2,3)的按位模2加的結果:
1 =二進制01
2 =二進制10
3 =二進制11 (^)
———————
0 =二進制00 (注意不進位)
對于奇異局勢(0,n,n)也一樣,結果也是0。
任何奇異局勢(a,b,c)都有a(^)b(^)c =0。
如果我們面對的是一個非奇異局勢(a,b,c),要如何變為奇異局勢呢?假設 a < b < c,我們只要將 c 變為 a(^)b,即可,因為有如下的運算結果: a(^)b(^)(a(^)b)=(a(^)a)(^)(b(^)b)=0(^)0=0。要將c 變為a(^)b,只要從 c中減去 c-(a(^)b)即可。
獲勝情況對先取者進行討論:
異或結果為0,先取者必敗,無獲勝方法。后取者獲勝;
結果不為0,先取者有獲勝的取法。
拓展: 任給N堆石子,兩人輪流從任一堆中任取(每次只能取自一堆),取最后一顆石子的人獲勝,問先取的人如何獲勝?
根據上面所述,N個數異或即可。如果開始的時候T=0,那么先取者必敗,如果開始的時候T>0,那么只要每次取出石子使得T=0,即先取者有獲勝的方法。
posted on 2015-03-04 11:16 JulyRina 閱讀(329) 評論(1)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 算法專題

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# re: 三個入門博弈
2015-04-02 21:55 | siempre
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