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博弈的三个巨人 巴什博奕 威佐夫博奕 尼姆博奕

2012年10月05日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4278字 ⁄ 字号 评论关闭

博客背景:在最早接触博弈的是培训课和学长来博弈,是巴什博弈,呵呵,感觉挺有趣的,以后就找个朋友耍他或者她,嘿嘿,AC之余还可以把妹,何乐而不为呢?凭什么咱们就得一直苦逼呢?嘿嘿~~闲话休提,进入正题

 

 

博客正容:【一】(先来苦涩的理论)

(一)巴什博奕(Bash Game):只有一堆n 个物品,两个人轮流从这堆物品中取物,
规定每次至少取一个,最多取m 个。最后取光者得胜。
显然,如果n=m+1,那么由于一次最多只能取m 个,所以,无论先取者拿走多少个,
后取者都能够一次拿走剩余的物品,后者取胜。因此我们发现了如何取胜的法则:如果n=
(m+1)r+s,(r 为任意自然数,s≤m),那么先取者要拿走s 个物品,如果后取者拿走k(≤m)
个,那么先取者再拿走m+1k
个,结果剩下(m+1)(r1)
个,以后保持这样的取法,那么
先取者肯定获胜。总之,要保持给对手留下(m+1)的倍数,就能最后获胜。
这个游戏还可以有一种变相的玩法:两个人轮流报数,每次至少报一个,最多报十个,
谁能报到100 者胜。
(二)威佐夫博奕(Wythoff Game):有两堆各若干个物品,两个人轮流从某一堆或同
时从两堆中取同样多的物品,规定每次至少取一个,多者不限,最后取光者得胜。
这种情况下是颇为复杂的。我们用(ak,bk)(ak ≤ bk ,k=0,1,2,...,n)表示两堆物品
的数量并称其为局势,如果甲面对(0,0),那么甲已经输了,这种局势我们称为奇异局势。
前几个奇异局势是:(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 是未在前面出现过的最小自然数,而bk= ak + k,奇异局势有如下
三条性质:
1、任何自然数都包含在一个且仅有一个奇异局势中。
由于ak 是未在前面出现过的最小自然数,所以有ak > ak1
,而bk= ak + k > ak1
+ k1
=
bk1
> ak1
。所以性质1。成立。
2、任意操作都可将奇异局势变为非奇异局势。
事实上,若只改变奇异局势(ak,bk)的某一个分量,那么另一个分量不可能在其他奇
异局势中,所以必然是非奇异局势。如果使(ak,bk)的两个分量同时减少,则由于其差不
变,且不可能是其他奇异局势的差,因此也是非奇异局势。
3、采用适当的方法,可以将非奇异局势变为奇异局势。
假设面对的局势是(a,b),若b = a,则同时从两堆中取走a 个物体,就变为了奇异局
势(0,0);如果a = ak ,b > bk,那么,取走b bk
个物体,即变为奇异局势;如果a = ak ,b <
bk ,则同时从两堆中拿走ak ab
ak
个物体,变为奇异局势( ab ak
, ab ak+
b ak);
如果a
> ak ,b= ak + k,则从第一堆中拿走多余的数量a ak
即可;如果a < ak ,b= ak + k,分两种
情况,第一种,a=aj (j < k),从第二堆里面拿走b bj
即可;第二种,a=bj (j < k),从第
二堆里面拿走b aj
即可。
从如上性质可知,两个人如果都采用正确操作,那么面对非奇异局势,先拿者必胜;反
之,则后拿者取胜。
那么任给一个局势(a,b),怎样判断它是不是奇异局势呢?我们有如下公式:
ak =[k(1+√5)/2],bk= ak + k (k=0,1,2,...,n 方括号表示取整函数)

奇妙的是其中出现了黄金分割数(1+√5)/2 = 1.618...,因此,由ak,bk 组成的矩形近似为
黄金矩形,由于2/(1+√5)=(√51)/
2,可以先求出j=[a(√51)/
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
是奇异局势。然后再按照上述法则进行,一定会遇到奇异局势。
(三)尼姆博奕(Nimm Game):有三堆各若干个物品,两个人轮流从某一堆取任意多
的物品,规定每次至少取一个,多者不限,最后取光者得胜。
这种情况最有意思,它与二进制有密切关系,我们用(a,b,c)表示某种局势,首先
(0,0,0)显然是奇异局势,无论谁面对奇异局势,都必然失败。第二种奇异局势是(0,
n,n),只要与对手拿走一样多的物品,最后都将导致(0,0,0)。仔细分析一下,(1,2,
3)也是奇异局势,无论对手如何拿,接下来都可以变为(0,n,n)的情形。
计算机算法里面有一种叫做按位模2 加,也叫做异或的运算,我们用符号(+)表示这
种运算。这种运算和一般加法不同的一点是1+1=0。先看(1,2,3)的按位模2 加的结果:
1 =二进制01
2 =二进制10
3 =二进制11 (+)
———————
0 =二进制00 (注意不进位)
对于奇异局势(0,n,n)也一样,结果也是0。
任何奇异局势(a,b,c)都有a(+)b(+)c =0。
如果我们面对的是一个非奇异局势(a,b,c),要如何变为奇异局势呢?假设a < b< c,
我们只要将c 变为a(+)b,即可,因为有如下的运算结果: a(+)b(+)(a(+)b)=(a(+)a)
(+)(b(+)b)=0(+)0=0。要将c 变为a(+)b,只要从c 中减去c(
a(+)b)即可。
例1:(14,21,39),14(+)21=27,3927=
12,所以从39 中拿走12 个物体即可达到
奇异局势(14,21,27)。
例2:(55,81,121),55(+)81=102,121102=
19,所以从121 中拿走19 个物品就
形成了奇异局势(55,81,102)。
例3:(29,45,58),29(+)45=48,5848=
10,从58 中拿走10 个,变为(29,45,
48)。
例4:我们来实际进行一盘比赛看看:
甲:(7,8,9)>(
1,8,9)奇异局势
乙:(1,8,9)>(
1,8,4)
甲:(1,8,4)>(
1,5,4)奇异局势
乙:(1,5,4)>(
1,4,4)
甲:(1,4,4)>(
0,4,4)奇异局势
乙:(0,4,4)>(
0,4,2)
甲:(0.4,2)>(
0,2,2)奇异局势
乙:(0,2,2)>(
0,2,1)
甲:(0,2,1)>(
0,1,1)奇异局势
乙:(0,1,1)>(
0,1,0)
甲:(0,1,0)>(
0,0,0)奇异局势
甲胜。

对于本次普及组“取石子游戏”来说,
19 010011
7 000111
5 000101
3 000011
010010 (18)10
50-18=32
所以第1 次只能在第5 堆石子中取32 粒,使得取出32 粒后为奇异局势,即异或运算结
果为0。

 

 

 

 

总结:

【一】巴什博弈

 对象:一堆石子(可延伸

 重要公式:N=(M+1)*r+s

 S不为0的话,先手必赢

思维拓展(先手必赢):较为简单,就是去掉一堆石子N中(比最高可取的数目M再多1的倍数)的数目的余数S, 

让对方每次只能最多拿掉M个石子,但是这个回合中先手就可以能把剩下的(这个回合的)拿去了。简单吧~~嘻嘻

                         

【二】威佐夫博弈:

  对象:2堆石子(可延伸,以下不再赘述)

  先手必赢条件:先手没有碰到奇异局势

  思维拓展:其实上面理论说的真的很苦涩,但是再经过我这张强大的图片(当然是来自网上的啦~~呵呵·~本人实在很菜)最上面会好理解很多。

 每碰到一个非奇异局势,都可改为一个奇异局势。

 这个图片强大的地方如下(在求找一个非奇异局势改为奇异局势的步数的时候):

【第一种情况】找对角线:首先就是在对角线上可以找出看看有没有相应的奇异局势,假设非奇异局势(a,b)

  当然前提是a>px,b>py,那么a-b的话就是可以找出在该对角线上的一个奇异局势,比如(a,b):=(8,12)

(px,py):=(4,7);但是有人问,k值还不清楚啊。但是请看,对角线上的K值都是相等的。

 

【第二种情况】当a=px,或者a=py,或者b=px,或者b=py的话,那么这样的话又有一种情况了。(注意,一个非奇异局势最多

 有2种奇异局势的修改方法。)那么此时,只要把当前的非奇异局势改为满足这个条件(当a=px,或者a=py,

 或     者b=px, 或者b=py的话,)就可以变成奇异局势。比如,上图中的(a,b):=(5,11)

 那么在遍历前面的奇异局势是碰到(px,py):=(3,5);那么就可以直接变成(px,py):=(3,5);也就是拿掉第二堆石子中的8个,即可先手必胜

而第一种情况的 话就是同时拿走2堆K=a-b个,则可先手必胜。

 简单吧~~嘻嘻

                           

 

【3】尼姆博弈:

对象:多堆石子

最基础的位操作运算:任意一个数&1等于它本身;任意一个数^0(异或)等于它本身。

思维推展:一般会求先手赢的方案数,这时候就是要求出(假设   总异或数t,)如果a【i】^t<a【i】的话,那么就有一次方案数。(下面详细解释这句话,标记为A)

题目:给出n堆石头的数目,若先手赢问第一步可行的方案数是多少?
以(7,8,9)为例:
7----       0111
8----       1000
9----       1001
         ————

              0110(6)结果不为0,先手赢
第一步方案数为1. 

 

总结:t不为0的话说明先手必赢,因为不是奇异局势。对于A是是怎么理解呢?因为总异或数t最高位不为0的位置上对应有几个1就有几种方案数。

而A,通过异或就可以找出有多少个这样的1.因为t高位为1的左边全是0,所以a【i】在t最左为0的位置上的数与t异或是本身(下图)。而在t最高位为1和接下来的位置上的数异或上

a【i】,这个数如果在t最高位1上面有1的话,异或之后的结果肯定是小于自己的。
结果方案数1就是这样来的。

 

求方案数:

#include <stdio.h>
int a[105];
int main()
{
    int i, t, cnt, m;
   while( scanf("%d",&m) !=EOF && m)
    {
       t=0; cnt=0;
        for(i=t=n=0; i<m; i++ )
        {
             scanf("%d", &a[i]);
             t = (t^a[i]);
        }

        for(i=0; i<m; i++ )
            if( (a[i]^t) < a[i] )
                cnt++;

        printf("%d\n",cnt);
      }

 

 

 

                                                           

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