Chomp游戲(必勝策略分析)


游戲簡介

Chomp是一個雙人游戲,有m x n塊曲奇餅排成一個矩形格狀,稱作棋盤。

----兩個玩家輪流自選一塊還剩下的曲奇餅,而且還要把它右邊和下邊所有的曲奇餅都取走(如果存在)

----先吃到左上角(1,1)那塊曲奇餅的玩家為失敗

如圖所示

------紅方選擇(3,3)--->------藍方選擇(1,4)---->

----紅方選擇(1,2)--->-----藍方選擇(2,1)-->

------------>紅方玩家只能選左上角那一塊,失敗

分析

首先介紹一個重要定理——策梅洛定理(Zermelo)

策梅洛定理,表明在二人參與的游戲/博弈中,如果滿足:
--------游戲的步驟數有限 --------信息完備(二人都了解游戲規則,了解游戲曾經所發生過的信息) --------不會產生平局 --------確定性(游戲中不會加入隨機因素) 則先行一方有必勝策略,或者后行一方有必勝策略。

下面證明:除去 1 x 1大小的棋盤外,其他大小的棋盤,先手存在必勝策略。

證明:(反證法)

假設棋盤規模為m x n。

首先,游戲不可能產生平局。

其次,由於每一步移動至少吃掉1塊曲奇餅干,因此不超過 mn 步后游戲必定結束。

由策梅洛定理,這個確定性二人有限游戲信息完備,且不存在平局,則或者先行一方有必勝策略,或者后行一方有必勝策略。

如果后手有必勝策略,使得無論先手第一次取哪個石子,后手都能獲得最后的勝利。

那么現在假設先手取最右下角的石子(m,n) ,接下來后手可以取某塊曲奇(a,b) 使得自己進入必勝的局面。

事實上,先手在第一次取的時候就可以取曲奇 (a,b) ,之后完全模仿后手的必勝步驟,迫使后手失敗。

於是產生矛盾。因此不存在后手必勝策略,先手存在必勝策略。

 

注意:這個證明是非構造性存在性證明,也即只是證明了先手必勝策略的存在性,但沒有構造出具體必勝策略。而且目前還沒有人給出Chomp一般性的必勝策略。

其中一些簡單的情況,可以找到必勝策略:

1、棋盤只有一行,但多於一格

-------先手拿去除左上角的全部即可

2、棋盤是正方形,但多於一格

-------先手選取(2,2),之后無論后手做什么,先手只要模仿即可(即關於對角線對稱選取)

3、棋盤只有兩行

------先手取第二行最后一個,之后無論后手選什么,先手總能采取合適的選擇,使得第一行比第二行多一個

類似問題

1、三維Chomp游戲

將曲奇排成 P x Q x R 的立方體,兩個玩家輪流自選吃掉一塊剩下的曲奇餅,若取走的曲奇餅為 (i,j,k) ,則也要取走所有滿足 i ≤ a ≤ P,j ≤ b ≤ Q , k ≤ c ≤ R 的曲奇餅(a,b,c)(如果存在)。

可以類似地將Chomp游戲擴展到任意維,並可以類似地證明,先手都存在必勝策略。

2、有限偏序集上的Chomp游戲

Chomp游戲可以推廣到在任意一個存在最小元 a 的有限偏序集(S,≤)上:兩名游戲者輪流選擇S中的元素 x ,移走 x 以及所有 S 中比 x 大的元素。失敗者是被迫選擇最小元 a 的玩家。

如果  (S,≤) 有最大元素 b ,那么在偏序集上的Chomp游戲存在一個獲勝策略.

3、約數游戲

 給定一個大於1的自然數 N ,兩個游戲參與者輪流選擇N的大於1的正約數,但不可選擇之前被選擇過的因子的倍數(例如 N = 72,有一方之前選擇了4,則之后任一方都不可以再選擇36)

4、刪數游戲

給定整數集合 {1,2,...n} ,兩個人輪流從中選擇一個數字,並將它和它的約數從集合中刪除,刪除最后一個數的人獲勝。

以上幾個游戲,類似Chomp游戲,得到結論就是無論 n 是幾,都是先手必勝。

轉載自:Liu言雜記

參考鏈接:中國大學mooc 離散數學 劉鐸

 


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