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  • 【数学】博弈模型

    SG函数

    const int MAXN = 600000;
     
    int n;
    int sg[MAXN];
     
    int SG(int x) {
        // 默认值为-1
        if(sg[x] != -1)
            return sg[x];
        bool used[32] = {};
        // 这里写递归到后继状态
        for(int i = 2; i < x; ++i) {
            if(x % i == 0) {
                used[SG(x - i)] = 1;
            }
        }
        int res = -1;
        for(int i = 0; i < 32; ++i) {
            if(used[i] == 0) {
                res = i;
                break;
            }
        }
        assert(res >= 0);
        return sg[x] = res;
    }
    

    Nim博弈

    (n) 堆石子,分别有 (a_1,a_2,cdots ,a_n) 个,每次从一堆石子取 ([1,infty]) 个,不能操作的人输。

    异或和为0时,先手必败,其余情况先手必胜。
    若异或和为x,且x不为0,设x的二进制最高位为第k位,那么至少存在1堆石子ai其数量的第k位为1,易知ai xor x < ai,故可以从这堆石子中转移到异或为0的状态。
    反之,假如当前异或和为0,那么无论怎么取,下一步异或和必定是非0值。
    所以当异或和为0时,无论先手做什么,后手都能维持异或和为0的状态转移回来,直到胜利。反之先手可以把局面变成异或和为0的状态转移给后手。

    总结:一堆石子的SG函数为 (SG[n]=n)

    Bash博弈

    有一堆石子,有 (n) 个,每次从一堆石子取 ([1,m]) 个,不能操作的人输。

    剩余石子为[1,m]时,显然是先手必胜,必胜策略是全取。
    剩余石子为m+1时,是先手必败,无论第一步如何操作第二步都可以全取。
    那么从[m+1+1,m+1+m]都是先手必胜,因为可以一步取到先手必败态。
    故剩余石子为k(m+1)时,先手都是必败的,因为无论第一步先手取什么,后手都可以保持石子数为m+1的倍数。

    总结:先手必胜当且仅当n不是m+1的倍数。一堆石子的SG函数为 (SG[n]=n (mod m+1)) ,当有若干堆石子时,考虑SG函数。

    公平组合游戏

    双方均直到场上的所有信息,双方每一步能做的事情和当前轮是谁无关,同一局面不可多次到达,有限步内会结束,没有平局,无法行动的人输。多个公平组合游戏合起来也是一个公平组合游戏。

    把公平组合游戏的每个状态看作节点,合法的决策是转移边,那么一个公平组合游戏就是一个DAG,出边为0的点(无法移动的点)是必败点,由于这是一个DAG所以可以通过DP求出所有的状态的胜负性。然后可以规定出SG函数:一个点的SG函数值为其后继点的SG值的集合的mex。

    显然的结论:必败点的SG值为0,经过一次转移之后SG值必定改变,SG值不为0的点都是必胜点,因为其后继状态一定有一个是SG值为0的点。

    不知道怎么证明的SG定理:若干个公平组合游戏的SG值,是他们一个一个的SG值的异或和。

    使用SG定理解决的思路:观察哪个是一个单独的最小的公平组合游戏,对这个游戏进行打表,然后强行看出SG函数的规律。

    Nim-k 博弈

    有n堆石子,分别是a1,a2,...an个,每次从[1,k]堆石子取任意正数个,不能操作的人输。(Nim游戏是k=1的特殊形式)

    当且仅当任意的k都有 (k+1|frac{sum_{i=1}^n (2^k&a_i)}{2^k}) 时先手必败,其余情况先手必胜。

    Anti-Nim 博弈

    首先不能操作的一方获胜。

    必胜:SG函数非0且至少一堆石子数大于1,或SG函数为0且任意一堆石子数小于等于1。

    Anti-SG 游戏

    SG游戏中,首先不能操作的一方获胜。

    必胜:SG函数非0且至少一个游戏的SG函数大于1,或SG函数为0且任意一个游戏的SG函数小于等于1。

    Wythoff 博弈

    二分图博弈

    起点有一颗棋子,转移图是一个二分图,当起点在所有二分图的最大匹配中时,先手必胜。否则先手必败。

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