【ACM博弈论】SG函数入门(2):博弈树SG函数的转移与子游戏的合并

发布于 2023-04-11  643 次阅读


上一篇文章我们讲了两种经典的博弈模型:《【ACM博弈论】SG函数入门(1):从巴什博奕到尼姆游戏》,这一节我们开始讲解SG函数。

🎈 作者:Eriktse
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在了解SG函数之前,我们需要知道博弈图。

博弈图

就比如Bash博弈,当n=7,m=3时,我们可以画出如下的博弈图。

我们可以发现,每一个点都有至多2个后继状态(即出点),这个是可以通过Bash推出来的。

其他博弈题大多也可以类似的推出一个这样的图。

SG函数

SG函数可以理解为一个用于表示博弈图中节点状态的一个函数。同时sg(x) = n还表示节点x的出点构成一个集合{y | 0 <= sg(y) <= n - 1},也就是说x可以到达所有sg小于它自己的sg的点。

就比如上图,我们规定必败态的sg = 0,必胜态的sg != 0。于是我们可以知道sg(0) = 0,然后往回推。

sg函数转移方程

$$sg(x) = mex({y | y \in out[x]})$$

说人话就是x的sg是其所有出点的sg构成的集合做mex运算,mex表示集合中最小的没出现过的自然数

代码一般为:

int mex(set<int>& st)
{
    for(int i = 0;; ++ i)
        if(st.find(i) == st.end())//如果找不到i
            return i;
}

于是我们可以推出上面这个博弈图的所有点的sg函数。

注意是根据所有出点推出当前点,只有所有出点都确定了,当前点的sg才能确定,有点像建反图然后topo,但是一般我们会直接写一个记忆化搜索然后打表找规律。在处理带环的图时需要具体情况具体分析。

上面这张图我们很容易找出规律,就是0 1 2 0 1 2....

子游戏的合并

Nim定理:全局结果等于子游戏SG的异或和。

我们昨天学过Nim博弈,他是有n堆石子,每次可以选一堆拿走若干个。那么我们可以将子游戏看做是一堆石子每堆石子的个数是 (sg) 个,然后取走若干个石子类比为将sg转移到更小的sg

现在我们就可以解决一些抽象的博弈问题了。

做题一般思路

一般是三步:找出SG转移方程,打表找规律,子游戏合并。

为什么需要打表找规律呢,因为一般题目给的数据会很大,且一般会有较强的规律性,打表找到规律就行无需证明,证明对于竞赛来说太奢侈了,而且没太大意义。

例题:AtCoder Beginner Contest 297 - Constrained Nim 2

先写一个_sg()函数用于打表:

int _sg(int x)
{
    if(x == 0)return 0;
    set<int> st;
    for(int i = max(0ll, x - r);i <= x - l; ++ i)st.insert(_sg(i));
    for(int i = 0; ; ++ i )if(st.find(i) == st.end())return i;
}

我们随机输入一些数据,打个表,得到如下结果:


我们发现这个在l,r给定的情况下,sg(x)的值非常有规律,可以用下面这个表达式直接表达:

int sg(int x)
{
    return x % (l + r) / l;
}

最后把所有子游戏的sg异或起来就是最终答案。

AC代码:

#include <bits/stdc++.h>
#define int long long
using namespace std;

const int N = 2e5 + 9;

int a[N], l, r;

int sgk(int x)
{
    if(x == 0)return 0;
    set<int> st;
    for(int i = max(0ll, x - r);i <= x - l; ++ i)st.insert(sgk(i));
    for(int i = 0; ; ++ i )if(st.find(i) == st.end())return i;
}

int sg(int x)
{
    return x % (l + r) / l;
}

signed main()
{
    ios::sync_with_stdio(0), cin.tie(0), cout.tie(0);

    int n;cin >> n >> l >> r;
    for(int i = 1;i <= n; ++ i)cin >> a[i];
    // for(int i = 0;i <= 20; ++ i)
        // cout << "sg(" << i << ") = " << sgk(i) << " = " << sg(i) << '\n';
    int ans = 0;
    for(int i = 1;i <= n; ++ i)ans ^= sg(a[i]);
    if(ans)cout << "First" << '\n';
    else cout << "Second" << '\n';

    return 0;
}

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