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hihoCoder#: 博弈游戏·Nim游戏

时间:2015-06-09 08:31:05      阅读:178      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:acm   hihocoder   nim博弈   

【题目链接】:click here~~

【题目大意】:

#1163 : 博弈游戏·Nim游戏


时间限制:10000ms
单点时限:1000ms
内存限制:256MB

描述

今天我们要认识一对新朋友,Alice与Bob。
Alice与Bob总是在进行各种各样的比试,今天他们在玩一个取石子的游戏。
在这个游戏中,Alice和Bob放置了N堆不同的石子,编号1..N,第i堆中有A[i]个石子。
每一次行动,Alice和Bob可以选择从一堆石子中取出任意数量的石子。至少取1颗,至多取出这一堆剩下的所有石子。
Alice和Bob轮流行动,取走最后一个石子的人获得胜利。
假设每一轮游戏都是Alice先行动,请你判断在给定的情况下,如果双方都足够聪明,谁会获得胜利?

提示:Nim?!

输入

第1行:1个整数N。表示石子堆数。1≤N≤100
第2行:N个整数,第i个整数表示第i堆石子的个数A[i],1≤A[i]≤10000

输出

第1行:1个字符串,若Alice能够获胜输出"Alice",否则输出"Bob"

样例输入
3
3 2 1
样例输出
Bob
【思路】:

古老而又经典的博弈问题:Nim游戏。


Nim游戏是经典的公平组合游戏(ICG),对于ICG游戏我们有如下定义:
1、两名选手;
2、两名选手轮流行动,每一次行动可以在有限合法操作集合中选择一个;
3、游戏的任何一种可能的局面(position),合法操作集合只取决于这个局面本身;局面的改变称为“移动”(move)。
4、若轮到某位选手时,该选手的合法操作集合为空,则这名选手判负。

对于第三条,我们有更进一步的定义Position,我们将Position分为两类:
P-position:在当前的局面下,先手必败。
N-position:在当前的局面下,先手必胜。

他们有如下性质:
1.合法操作集合为空的局面是P-position;
2.可以移动到P-position的局面是N-position;
3.所有移动都只能到N-position的局面是P-position。

在这个游戏中,我们已经知道A[] = {0,0,...,0}的局面是P局面,那么我们可以通过反向枚举来推导出所有的可能局面,总共的状态数量为A[1]*A[2]*...*A[N]。并且每一次的状态转移很多。
虽然耗时巨大,但确实是一个可行方法。

当然,我们这里会讲这个题目就说明肯定没那么复杂。没错,对于这个游戏有一个非常神奇的结论:

对于一个局面,当且仅当A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = 0时,该局面为P局面。

对于这个结论的证明如下:
1. 全0状态为P局面,即A[i]=0,则A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = 0。
2. 从任意一个A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = k != 0的状态可以移动到A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = 0的状态。由于xor计算的特殊性,我们知道一定有一个A[i]最高位与k最高位的1是相同的,那么必然有A[i] xor k < A[i]的,所以我们可以通过改变A[i]的值为A[i]‘,使得A[1] xor A[2] xor ... xor A[i]‘ xor ... xor A[N] = 0。
3. 对于任意一个局面,若A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = 0,则不存在任何一个移动可以使得新的局面A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] = 0。由于xor计算的特殊性,我们可以知道,一定是存在偶数个1时该位置的1才会被消除。若只改变一个A[i],无论如何都会使得1的数量发生变化,从而导致A[1] xor A[2] xor ... xor A[N] != 0。
以上三条满足ICG游戏中N,P局面的转移性质,所以该结论的正确性也得到了证明。

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
    int n,m,k;
    scanf("%d", &n);
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        scanf("%d",&m);
        if(i==0) k=m;
        else k^=m;
    }
    if(!k) puts("Bob");
    else puts("Alice");
}

#1173 : 博弈游戏·Nim游戏·三

描述

在这一次游戏中Alice和Bob决定在原来的Nim游戏上增加一条规则:每一次行动时,不仅可以选择一堆取走任意数量的石子(至少取1颗,至多取出这一堆剩下的所有石子),还可以选择将一堆石子分成两堆石子,但并不取走石子。比如说有一堆石子为k个,当Alice或者Bob行动时,可以将这一堆石子分成两堆,分别为x,y。满足x+y=k,x,y>0。那么增加了这一条规则后,在Alice总先手的情况下,请你根据石子堆的情况判断是Alice会获胜还是Bob会获胜?

提示:Sprague-Grundy

输入

第1行:1个整数N。表示石子堆数。1≤N≤100
第2行:N个整数,第i个整数表示第i堆石子的个数A[i],1≤A[i]≤20000

输出

第1行:1个字符串,若Alice能够获胜输出"Alice",否则输出"Bob"

样例输入
3
1 2 4
样例输出
Bob
【思路】:

居然最佳代码都是找规律的。。没有想出来怎么推导的,于是也只能找规律了~~

规律见代码!

对于ICG游戏,我们可以将游戏中每一个可能发生的局面表示为一个点。并且若存在局面i和局面j,且j是i的后继局面(即局面i可以转化为局面j),我们用一条有向边,从i出发到j,连接表示局面i和局面j的点。则整个游戏可以表示成为一个有向无环图:
技术分享
根据ICG游戏的定义我们知道,任意一个无法继续进行下去的局面为终结局面,即P局面(先手必败)。在上图中我们可以标记所有出度为0的点为P点。接着根据ICG游戏的两条性质,我们可以逆推出所有点为P局面还是N局面:
技术分享
因此,对于任意一个ICG游戏,我们可以采取逆推的方法,标记出所有局面是N局面还是P局面。
但仅仅只是标记N、P,所能得到的信息太少,于是我们定义了Sg(Sprague-Grundy)函数:

对于一个游戏可能发生的局面x,我们如下定义它的sg值:
(1)若当前局面x为终结局面,则sg值为0。
(2)若当前局面x非终结局面,其sg值为:sg(x) = mex{sg(y) | y是x的后继局面}。
mex{a[i]}表示a中未出现的最小非负整数。举个例子来说:
mex{0, 1, 2} = 3, mex{1, 2}=0, mex{0,1,3}=2

我们将上图用sg函数表示后,得到:
技术分享
可以发现,若一个局面x为P局面,则有sg(x)=0;否则sg(x)>0。同样sg值也满足N、P之间的转换关系:
若一个局面x,其sg(x)>0,则一定存在一个后续局面y,sg(y)=0。
若一个局面x,其sg(x)=0,则x的所有后续局面y,sg(y)>0。

由上面的推论,我们可以知道用N、P-Position可以描述的游戏用sg同样可以描述。并且在sg函数中还有一个非常好用的定理,叫做sg定理:
对于多个单一游戏,X=x[1..n],每一次我们只能改变其中一个单一游戏的局面。则其总局面的sg值等于这些单一游戏的sg值异或和。
即:
sg(X) = sg(x[1]) xor sg(x[2]) xor … xor sg(x[n])
要证明这一点我们只要证明:
(1) 假设sg(x[1]) xor sg(x[2]) xor … xor sg(x[n]) = A,对于任意一个0 <= B < A,总存在一个X的后续局面Y,使得sg(Y) = B。
(2) 假设sg(x[1]) xor sg(x[2]) xor … xor sg(x[n]) = A,不存在一个X的后续局面Y,使得sg(Y) = A。
下先证明(1):
假设M = A xor 
B,设M表示为二进制之后最高位的1为第k位。所以A的第k位为1,B的第k位为0。又因为A的第k位为1,至少存在一个i,sg(x[i])的第k位也为1。那么一定有sg(x[i]) xor M < sg(x[i]),即一定通过某个操作使x[i]变为x[i’],且sg(x[i’]) = sg(x[i]) xor M。那么:
sg(x[i’]) xor Other = sg(x[i]) xor M xor Other = M xor A = B
下证明(2):
若sg(X) = A,sg(Y) = A。不妨设我们改变的游戏为x[i],则X=x[1..n], Y=x[1…i’…n]。有sg(x[i]) = sg(x[i’]),产生矛盾,所以sg(Y)不可能等于A。

现在让我们回到我们的题目上:
局面上一共有N堆石子,每一次我们只能改变一堆石子。那么我们可以将每一堆石子看作一个单一游戏。
对于一堆石子,若该堆石子数量为0,就达到了终止状态,所以sg(0) = 0。
若其石子数量为k,接下来我们从k=1开始枚举递推每一个sg(k)。对于k,其可能的后继状态有:
(1)不分堆:石子数量为k’=0..k-1,则sg(k’)
(2)分堆:石子变为2堆,数量为(1,k-1),(2,k-2),…,(k-1,1)。设第一堆的石子数量为i,则sg值为sg(i) xor sg(k-i)。(这里用到了sg定理)
那么可以推算出sg(k) = mex{sg(0), sg(i), sg(i) xor sg(k - i) | i = 1..k-1}。

k     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 …
sg(k) 0 1 2 4 3 5 6 8 7 9 10 12 11 …
对于N堆石子,其sg值则为这N堆各自的sg值异或和。

代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int get_sg(int n)
{
    if(n==0)return 0;
    int re=n%4;
    if(re==0) return n-1;
    else if(re==3) return n+1;
    else return n;
}
int main()
{
    int n, yihuo=0;
    scanf("%d", &n);
    for(int i=0; i<n; i++){
        int m;
        scanf("%d",&m);
        yihuo^=get_sg(m);;
    }
    if(!yihuo) puts("Bob");
    else puts("Alice");
}



hihoCoder#: 博弈游戏·Nim游戏

标签:acm   hihocoder   nim博弈   

原文地址:http://blog.csdn.net/u013050857/article/details/46417307

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