HDU 2516 取石子游戏 (斐波那契博弈 Fibonacci Nim)

    xiaoxiao2025-10-07  2

    思路:

    斐波那契博弈的模板题。

    证明:

    证明转载自:http://blog.csdn.net/acm_cxlove/article/details/7835016

    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。

    这个和之前的 Wythoff’s Game 和取石子游戏 有一个很大的不同点,就是游戏规则的动态化。之前的规则中,每次可以取的石子的策略集合是基本固定的,但是这次有规则2:一方每次可以取的石子数依赖于对手刚才取的石子数。

    这个游戏叫做Fibonacci Nim,肯定和Fibonacci数列:f[n]:1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,… 有密切的关系。如果试验一番之后,可以猜测:先手胜当且仅当n不是Fibonacci数。换句话说,必败态构成Fibonacci数列。

    就像“Wythoff博弈”需要“Beatty定理”来帮忙一样,这里需要借助“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。

    先看看FIB数列的必败证明:

    运用数学归纳法

    1、当i=2时,先手只能取1颗,显然必败,结论成立。

    2、假设当i<=k时,结论成立。

    则当i=k+1时,f[i] = f[k]+f[k-1]。

    则我们可以把这一堆石子看成两堆,简称k堆和k-1堆。

    (一定可以看成两堆,因为假如先手第一次取的石子数大于或等于f[k-1],则后手可以直接取完f[k],因为f[k] < 2*f[k-1])

    对于k-1堆,由假设可知,不论先手怎样取,后手总能取到最后一颗。下面我们分析一下后手最后取的石子数x的情况。

    如果先手第一次取的石子数y>=f[k-1]/3,则这小堆所剩的石子数小于2y,即后手可以直接取完,此时x=f[k-1]-y,则x<=2/3*f[k-1]。

    我们来比较一下2/3*f[k-1]与1/2*f[k]的大小。即4*f[k-1]与3*f[k]的大小,由数学归纳法不难得出,后者大。

    所以我们得到,x<1/2*f[k]。

    即后手取完k-1堆后,先手不能一下取完k堆,所以游戏规则没有改变,则由假设可知,对于k堆,后手仍能取到最后一颗,所以后手必胜。

    即i=k+1时,结论依然成立。

    对于不是FIB数,首先进行分解。

    分解的时候,要取尽量大的Fibonacci数。

    比如分解85:85在55和89之间,于是可以写成85=55+30,然后继续分解30,30在21和34之间,所以可以写成30=21+9,

    依此类推,最后分解成85=55+21+8+1。

    则我们可以把n写成 n = f[a1]+f[a2]+……+f[ap]。(a1>a2>……>ap)

    我们令先手先取完f[ap],即最小的这一堆。由于各个f之间不连续,则a(p-1) > ap + 1,则有f[a(p-1)] > 2*f[ap]。即后手只能取f[a(p-1)]这一堆,且不能一次取完。

    此时后手相当于面临这个子游戏(只有f[a(p-1)]这一堆石子,且后手先取)的必败态,即先手一定可以取到这一堆的最后一颗石子。

    同理可知,对于以后的每一堆,先手都可以取到这一堆的最后一颗石子,从而获得游戏的胜利。

    我的一些想法:

    假设想在这一堆里有21个,所以我按照fibonacci数列将之分为 8 + 13,在上面的证明和实际的操作中可以简单的看出当先手肯定要取8个以内,否则后手直接就取完了剩下的13个。 也就是说现在先手后手达成了一个默契:先取数量为8的那一堆。 对于8这堆来说, 1/3 这个界限是 3,即先手取3的话后手直接取完,所以先手一定也是取小于8/3(正常有小数点的除)的数字,对于先手取的1或2,我总能选择我可以取得某个数使得 85 ,为什么要变成是对手面对数目是5的这个状态呢?因为5是斐波那契数,这样的话就可以保证你(后手)取得这一堆的最后一个棋子。 对于13这堆,假如先手总是选1,后手要怎么构建呢? 其实这里13这堆又可以分为5+8,再分为2+3+3+5,

    先手选择的数量后手选择的数量目前取的是哪一堆11212第一个堆312第二个堆3115(让先手面对3这个状态,已经必胜)125

    精髓:根据先手取得的石子数,把初始个堆划分成需要的斐波那契数,保证先手取得的大于这堆的1/3,如此便可保证后手一定取得这堆的最后一个。 写的有点乱,大家将就着看吧(555555~)

    AC代码:

    #include <iostream> #include <string.h> #include <cstdio> typedef long long int lli; using namespace std; lli a[100]; int ini(){ lli last = 1LL << 31; a[0] = 1; a[1] = 1; int i; for(i = 2; a[i] < last;i++){ a[i] = a[i-2] + a[i-1]; } return i; } int isfind(int n,int max_){ for(int i = 1;i < max_;i++){ if(a[i] == n){ return 1; } } return 0; } int main() { int max_ = ini(); int n; while(cin>>n,n){ if(isfind(n,max_)) printf("Second win\n"); else printf("First win\n"); } return 0; }
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