深入理解 Nim 博弈

2021-09-30 12:02:07 字數 2735 閱讀 6517

定義p-position和n-position,其中p代表previous,n代表next。直觀的說,上一次move的人有必勝策略的局面是p-position,也就是「後手可保證必勝」或者「先手必敗」,現在輪到move的人有必勝策略的局面是n-position,也就是「先手可保證必勝」。更嚴謹的定義是:1.無法進行任何移動的局面(也就是terminal position)是p-position;2.可以移動到p-position的局面是n-position;3.所有移動都導致n-position的局面是p-position。

注意:對於遊戲的任何一種可能的局面,合法的移動集合只取決於這個局面本身,不取決於輪到哪名選手操作、以前的任何操作、骰子的點數或者其它什麼因素;

歸納為3點:

1) terminal position(終態)為p_position. (先手輸)

2)n_position (先手贏)---存在某個移動----->p_position(當前局勢的先手輸)

3)p_position(先手輸)-----任何移動----->n_position(當前局勢的先手贏)。

當只有兩堆石子且兩堆石子數量相等時後手有必勝策略,也就是這是乙個p-position。我們可以用定義證明:

(2,2)局面是乙個 p_position.

(2,2) ---可以移動的子局面-->(1,2),(0,2)

(1,2) ----可以移動--->(1,1)---唯一移動--->(1,0)---唯一移動--->(0,0)

n_position<--可以--- p_position < --任意 ------  n_ position  <--- 因為(0.0)是p_position

(0,2) ---可以移動-->(0,0)

n_position<---可以--p_position

因此, 由於(2,2)的子局面(1,2),(0,2)都是n_position,  故(2,2)是 p_position。

由歸納法 , 同理可得出, 當兩堆有相同石子 的 堆, 該局面為p_position.(即先手輸)。

上面是引子,引出下面的定理:(bouton's theorem):對於乙個nim遊戲的局面(a1,a2,...,an),它是p-position當且僅當a1^a2^...^an=0,其中^表示異或(xor)運算。

申明:

根據定義,證明一種判斷position 性質方法的正確性,只需證明下面三個命題。

1)這個 判斷  一定是將所有的terminal position判斷為 p_position.

2) 根據這個 判斷  被判為 n_position的局面   一定     可以移動    到某個 p_position.

3)根據這個 判斷  被判為 p_position 的局面   無法移動    到 某個 p_position.

證明:  bouton's theorem ,  中 的判斷是      如果a1^a2^...^an=0   ,則(a1,a2,...,an) 是 p_position

第乙個命題:  顯然成立。 terminal  只有乙個 就是 (0,0,……,0) , 根據判斷a1^a2^...^an===0,  是p_position.

第二個命題:  如果 對於某個局面(a1,a2,...,an) 是 n_position,  則a1^a2^...^an   !=  0,    一定 存在某個 合法的移動,

將 ai 改變成ai' 後使得a1^a2^...^ai'^...^an=0.

不妨設a1^a2^...^an = k,  則 一定存在某個 ai  它的二進位制表示在k的最高位上是1(否則k的最高位那個1是怎麼得到的)。 這時令  ai' = ai^k   < ai(滿足取石頭要求)   。

則 移動後的局面 是  (a1,a2,  ....ai',...,an), 有a1^a2^...^ai'^...^an =a1^a2^...^ai^...^an^k = 0,  為 p_position。命題得證。

第三個命題:  對於某個局面(a1,a2,...,an) 是 p_position,則a1^a2^...^an   =  0。  假設可以通過合法的移動, 將 ai 改變成ai' 後 使得a1^a2^...^ai'^...^an

=  0

因為 異或滿足 消除律, 則有 ai = ai',  這不滿足至少取乙個石子,不是合法移動,  故 被判為 p_position 的局面 無法移動到 某個 p_position.

證畢。

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