吴昊品游戏核心算法(新年特别篇)——另类取石子游戏(斐波那契博弈)
吴昊继续,我再也不想搬一堆石头放在这里了,取而代之的是《编程之美》中的关于游戏章节的一个插图,这本书中也有对《取石子游戏》的较为完备的讨论。
这次的游戏是神马?
1堆石子有n个,两人轮流取.先取者第1次可以取任意多个,但不能全部取完.以后每次取的石子数不能超过上次取子数的2倍。取完者胜.先取者负输出"Second win".先取者胜输出"First win".
Fibonacci博弈
1堆石子有n个,两人轮流取.先取者第1次可以取任意多个,但不能全部取完.以后每次取的石子数不能超过上次取子数的2倍。取完者胜.先取者负输出"Second win".先取者胜输出"First win".
以上可以看出,Fibonacci博弈中,后者的行为部分决定于前者的行为,自由度缩小了。
Fibonacci博弈的标准表述:
斐波那契博弈模型,大致上是这样的:
有一堆个数为 n 的石子,游戏双方轮流取石子,满足:
1. 先手不能在第一次把所有的石子取完;
2. 之后每次可以取的石子数介于1到对手刚取的石子数的2倍之间(包含1和对手刚取的石子数的2倍)。
约定取走最后一个石子的人为赢家,求必败态。
Fibonacci博弈的奥义:
相比之前的一些“奥义”,Fibonacci博弈有些复杂,所以这里不予列出,但是,在搞清楚其奥义之前先要搞清楚一个定理的奥义,就是“Zeckendorf定理”(齐肯多夫定理),至于各种理论,详见各种百科吧!
对于本问题的分析:
(转某博客)分析:
n = 2时输出second;
n = 3时也是输出second;
n = 4时,第一个人想获胜就必须先拿1个,这时剩余的石子数为3,此时无论第二个人如何取,第一个人都能赢,输出first;
n = 5时,first不可能获胜,因为他取2时,second直接取掉剩下的3个就会获胜,当他取1时,这样就变成了n为4的情形,所以输出的是second;
n = 6时,first只要去掉1个,就可以让局势变成n为5的情形,所以输出的是first;
n = 7时,first取掉2个,局势变成n为5的情形,故first赢,所以输出的是first;
n = 8时,当first取1的时候,局势变为7的情形,第二个人可赢,first取2的时候,局势变成n为6得到情形,也是第二个人赢,取3的时候,second直接取掉剩下的5个,所以n = 8时,输出的是second;
…………
从上面的分析可以看出,n为2、3、5、8时,这些都是输出second,即必败点,仔细的人会发现这些满足斐波那契数的规律,可以推断13也是一个必败点。
借 助“Zeckendorf定理”(齐肯多夫定理):任何正整数可以表示为若干个不连续的Fibonacci数之和。n=12时,只要谁能使石子剩下8且此 次取子没超过3就能获胜。因此可以把12看成8+4,把8看成一个站,等价与对4进行"气喘操作"。又如13,13=8+5,5本来就是必败态,得出13 也是必败态。也就是说,只要是斐波那契数,都是必败点。
所以我们可以利用斐波那契数的公式:fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2],只要n是斐波那契数就输出second。
Solve:
2 using namespace std;
3
4 int main()
5 {
6 int n,fib[45];
7 int i,flag;
8 fib[0]=2;
9 fib[1]=3;
10 //Fibonacci数在一定范围内可以近似为指数增长,所以数组开到n=45就已经足够了!
11 for(i=2;i<45;i++)
12 fib[i]=fib[i-1]+fib[i-2];
13 while(cin>>n&&n)
14 {
15 flag=0;
16 for(i=0;i<45;i++)
17 {
18 if(fib[i]==n)
19 {
20 cout<<"Second win\n";
21 flag=1;
22 break;
23 }
24 }
25 if(flag==0)
26 cout<<"First win\n";
27 }
28 return 0;
29 }