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2020-2021:teams:legal_string:lgwza:博弈论 [CVBB ACM Team]

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2020-2021:teams:legal_string:lgwza:博弈论

博弈论和 SG 函数

必胜点和必败点

  • $P$ 点:必败点,换而言之,就是谁处于此位置,则在双方操作正确的情况下必败。
  • $N$ 点:必胜点,处于此情况下,双方操作均正确的情况下必胜。

必胜点和必败点的性质:

  • 所有终结点是必败点 $P$。
  • 从任何必胜点 $N$ 操作,至少有一种方式可以进入必败点 $P$。
  • 无论如何操作,必败点 $P$ 都只能进入必胜点 $N$。

NIM 游戏

两个人玩这个游戏,他们轮流操作。

有若干堆石子,每堆石子的数量都是有限的。

一次合法的移动是 “选择一堆石子并拿走若干颗(不能不拿)”。

如果轮到某个人时所有的石子堆都已经被拿空了,则判负。

如果双方都按照最优策略,谁必胜?

Bouton’s Theorem

对于一个 nim 游戏的局面 $(a_1,a_2,\cdots,a_n)$,它是 $P$ 点当且仅当: $$ a_1\oplus a_2\oplus\cdots\oplus a_n=0 $$ 【证明】

  1. 终结点只有一种,就是 $(0,0,\cdots,0)$,显然符合异或和为 $0$,为 $P$ 点。
  2. 对于 $(a_1,a_2,\cdots,a_n)$ 且 $a_1\oplus a_2\oplus\cdots\oplus a_n=0$,经一次移动后必然到达 $(b_1,b_2,\cdots,b_n)$,其中 $$ b_1\oplus b_2\oplus\cdots\oplus b_n\ne 0 $$ 从而到达 $N$ 点。
  3. 对于 $(a_1,a_2\cdots,a_n)$ 且 $a_1\oplus a_2\oplus\cdots\oplus a_n\ne 0$,必存在移动方法可以到达 $P$ 点。

我们设 $a_1\oplus a_2\oplus\cdots\oplus a_n=k$,那么设 $k$ 的二进制表示下最高位的 $1$ 为 第 $p$ 位。

那么,$a_1,a_2,\cdots,a_n$ 中必定存在至少一个 $a_i$ 使得 $a_i$ 二进制表示下第 $p$ 位为 $1$。

从而,将第 $i$ 堆石头取 $a_i-a_i\oplus k$ 个石头即可保证一定到达 $P$ 点。

首先,由于 $a_i\oplus k$ 第 $p$ 位为 $0$,所以 $a_i\oplus k<a_i$,从而 $a_i-a_i\oplus k>0$,符合游戏规则。

并且,取 $a_i-a_i\oplus k$ 个石头后,第 $i$ 堆石头变为 $a_i\oplus k$,对于新局面 $(a_1,a_2,\cdots,a_i\oplus k,\cdots,a_n)$: $$ a_1\oplus a_2\oplus\cdots\oplus(a_i\oplus k)\oplus\cdots\oplus a_n=k\oplus k=0 $$ 从而一定为 $P$ 点。

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