博弈论瞎扯

我发现网上好多博客写的都是错的。。。

甚至有些人没搞明白就写 真是绝了

Nim游戏

Nim 游戏的定义如下:

假设当前有 $n$ 堆石子,第 $i$ 堆有 $x_i$ 个,两个人轮流操作,每次操作可以选择一堆,然后移除任意多个石子(不能移除 $0$ 个)。

不能操作的人失败,问是否先手必胜。

然后这个游戏有一个很简单的解法,先给出答案:

如果 $x_1\oplus x_2\oplus \cdots \oplus x_n=0$ ,则先手必败,否则先手必胜(其中 $\oplus$ 表示异或)。

证明考虑使用数学归纳法:

首先结束状态异或和为 $0$ 。

然后分情况讨论:

  • 如果当前异或和为 $0$ ,那么你的一次移动必然会改变异或和,到达一个必胜状态,所以当前必败。
  • 否则,假设异或和为 $t$ ,找到 $t$ 的二进制最高位 $a$ ,然后我们找到一个 $x_i$ ,满足他第 $a$ 位是 $1$ (必然能找到,不然异或和这一位为 $0$ ),然后把他改成 $x\oplus t$ 即可(肯定是会减小的),那么此时到达了一个必败状态。

任意公平博弈游戏与 Nim 游戏的转化

可以添加石子的 Nim

我们给 Nim 游戏加两条规则:

  • 不能循环。
  • 每次操作可以给一堆增加若干石子。

可以用归纳法简单证明,新添的两条规则没有意义,也就是说不会用到添加石子这个条件。

  • 如果当前必胜,那显然不会用到。
  • 否则,如果你给某一堆加了一些石子,另一个人立刻拿掉这些即可。因为不能循环,所以你最终还是要拿掉某些石子。

SG函数

对于一个双人公平博弈游戏,首先我们把一个状态看成一个点,如果一个状态可以到另一个状态,我们就连一条有向边。

如果这个图有环,要么有些环边用不上,要么游戏陷入循环。

我们给这个游戏加一条规则:不能循环(这条规则基本上是默认的)。

那么我们可以得到一个无环的图。

对于一个点,我们定义一个函数 $sg(x)$ ,并有如下转移式:

其中 $v_i$ 表示 $x$ 指向的所有点, $\rm mex$ 函数 (minimum exludant) 表示不在当前集合内的最大非负整数。

举个例子:$\rm mex\{0,1,3\}=2,mex\{1\}=0$。

注意到根据 sg 函数的性质可以发现,sg 函数的值不超过 $\sqrt n$ 。

转化为 Nim

其实就是说,假设当前起始状态为 $x$ ,那么可以看作是一个 $n=1,a_1=sg(x)$ 的 Nim 游戏。

显然你每次可以任意减小 sg 值,或者增大特定的值,但是先前讨论过了增大是无意义的,所以这两者等价。

这东西有啥用

首先可以发现,对于一个游戏,如果 $sg(x)=0$ 则当前状态必败,否则必胜。

但是这个显然是没用的。。。只需要记录 $0/1$ 可以做到一样的事情。

这玩意 nb 的地方就在于,如果你现在有多个毫不相关的游戏,你每次可以操作某个游戏一次,如果不能操作就输了,这样你就可以把每个游戏都转化成 Nim ,然后根据上面的结论,只需要把 sg 函数异或起来,判断是否为 0 即可。

例题

正好在一个网站上看到了一道有趣的题,我就贴上来好了:


然后最近还做了一道题:agc043,这个对 sg 的应用挺基础的,倒是其他部分有点难度。

别的没了,网上那些博客例题超多,就是讲的不对