• 尼姆博弈


    尼姆博奕(Nimm Game):有三堆各若干个物品,两个人轮流从某一堆取任意多的
    物品,规定每次至少取一个,多者不限,最后取光者得胜。

        这种情况最有意思,它与二进制有密切关系,我们用(a,b,c)表示某种局势,首
    先(0,0,0)显然是奇异局势,无论谁面对奇异局势,都必然失败。第二种奇异局势是
    (0,n,n),只要与对手拿走一样多的物品,最后都将导致(0,0,0)。仔细分析一
    下,(1,2,3)也是奇异局势,无论对手如何拿,接下来都可以变为(0,n,n)的情
    形。

        计算机算法里面有一种叫做按位模2加,也叫做异或的运算,我们用符号(+)表示
    这种运算。这种运算和一般加法不同的一点是1+1=0。先看(1,2,3)的按位模2加的结
    果:

    1 =二进制01
    2 =二进制10
    3 =二进制11 (+)
    ———————
    0 =二进制00 (注意不进位)

        对于奇异局势(0,n,n)也一样,结果也是0。

        任何奇异局势(a,b,c)都有a(+)b(+)c =0。

    如果我们面对的是一个非奇异局势(a,b,c),要如何变为奇异局势呢?假设 a < b
    < c,我们只要将 c 变为 a(+)b,即可,因为有如下的运算结果: a(+)b(+)(a(+)
    b)=(a(+)a)(+)(b(+)b)=0(+)0=0。要将c 变为a(+)b,只要从 c中减去 c-(
    a(+)b)即可。

        例1。(14,21,39),14(+)21=27,39-27=12,所以从39中拿走12个物体即可达
    到奇异局势(14,21,27)。

        例2。(55,81,121),55(+)81=102,121-102=19,所以从121中拿走19个物品
    就形成了奇异局势(55,81,102)。

        例3。(29,45,58),29(+)45=48,58-48=10,从58中拿走10个,变为(29,4
    5,48)。

        例4。我们来实际进行一盘比赛看看:
            甲:(7,8,9)->(1,8,9)奇异局势
            乙:(1,8,9)->(1,8,4)
            甲:(1,8,4)->(1,5,4)奇异局势
            乙:(1,5,4)->(1,4,4)
            甲:(1,4,4)->(0,4,4)奇异局势
            乙:(0,4,4)->(0,4,2)
            甲:(0.4,2)->(0,2,2)奇异局势
            乙:(0,2,2)->(0,2,1)
            甲:(0,2,1)->(0,1,1)奇异局势
            乙:(0,1,1)->(0,1,0)
            甲:(0,1,0)->(0,0,0)奇异局势
            甲胜。

    取火柴的游戏
    题目1:今有若干堆火柴,两人依次从中拿取,规定每次只能从一堆中取若干根, 
    可将一堆全取走,但不可不取,最后取完者为胜,求必胜的方法。 
    题目2:今有若干堆火柴,两人依次从中拿取,规定每次只能从一堆中取若干根, 
    可将一堆全取走,但不可不取,最后取完者为负,求必胜的方法。
    嘿嘿,这个游戏我早就见识过了。小时候用珠算玩这个游戏:第一档拨一个,第二档拨两个,依次直到第五档拨五个。然后两个人就轮流再把棋子拨下来,谁要是最后一个拨谁就赢。有一次暑假看见两个小孩子在玩这个游戏,我就在想有没有一个定论呢。下面就来试着证明一下吧
    先解决第一个问题吧。
    定义:若所有火柴数异或为0,则该状态被称为利他态,用字母T表示;否则, 
    为利己态,用S表示。
    [定理1]:对于任何一个S态,总能从一堆火柴中取出若干个使之成为T态。
    证明:
        若有n堆火柴,每堆火柴有A(i)根火柴数,那么既然现在处于S态,
          c = A(1) xor A(2) xor … xor A(n) > 0;
        把c表示成二进制,记它的二进制数的最高位为第p位,则必然存在一个A(t),它二进制的第p位也是1。(否则,若所有的A(i)的第p位都是0,这与c的第p位就也为0矛盾)。
        那么我们把x = A(t) xor c,则得到x < A(t).这是因为既然A(t)的第p位与c的第p位同为1,那么x的第p位变为0,而高于p的位并没有改变。所以x < A(t).而
        A(1) xor A(2) xor … xor x xor … xor A(n)
      = A(1) xor A(2) xor … xor A(t) xor c xor … xor A(n)
      = A(1) xor A(2) xor… xor A(n) xor A(1) xor A(2) xor … xor A(n)
      = 0
    这就是说从A(t)堆中取出 A(t) – x 根火柴后状态就会从S态变为T态。证毕
    [定理2]:T态,取任何一堆的若干根,都将成为S态。
    证明:用反证法试试。
          若
          c = A(1) xor A(2) xor … xor A(i) xor … xor A(n) = 0;
          c’ = A(1) xor A(2) xor … xor A(i’) xor c xor … xor A(n) = 0;
          则有
    c xor c’ = A(1) xor A(2) xor … xor A(i) xor … xor A(n) xor A(1) xor A(2) xor … xor A(i’) xor c xor … xor A(n) = A(i) xor A(i’) =0
          进而推出A(i) = A(i’),这与已知矛盾。所以命题得证。
    [定理 3]:S态,只要方法正确,必赢。 
      最终胜利即由S态转变为T态,任何一个S态,只要把它变为T态,(由定理1,可以把它变成T态。)对方只能把T态转变为S态(定理2)。这样,所有S态向T态的转变都可以有己方控制,对方只能被动地实现由T态转变为S态。故S态必赢。
    [定理4]:T态,只要对方法正确,必败。 
      由定理3易得。 
    题目一就是正常的尼姆博弈,异或即可。
     
     

    接着来解决第二个问题。
    定义:若一堆中仅有1根火柴,则被称为孤单堆。若大于1根,则称为充裕堆。
    定义:T态中,若充裕堆的堆数大于等于2,则称为完全利他态,用T2表示;若充裕堆的堆数等于0,则称为部分利他态,用T0表示。
     
    孤单堆的根数异或只会影响二进制的最后一位,但充裕堆会影响高位(非最后一位)。一个充裕堆,高位必有一位不为0,则所有根数异或不为0。故不会是T态。
    [定理5]:S0态,即仅有奇数个孤单堆,必败。T0态必胜。 
    证明:
    S0态,其实就是每次只能取一根。每次第奇数根都由己取,第偶数根都由对 
    方取,所以最后一根必己取。败。同理,  T0态必胜#
    [定理6]:S1态,只要方法正确,必胜。 
    证明:
    若此时孤单堆堆数为奇数,把充裕堆取完;否则,取成一根。这样,就变成奇数个孤单堆,由对方取。由定理5,对方必输。己必胜。  # 
    [定理7]:S2态不可转一次变为T0态。 
    证明:
    充裕堆数不可能一次由2变为0。得证。  # 

    [定理8]:S2态可一次转变为T2态。 
    证明:
    由定理1,S态可转变为T态,态可一次转变为T态,又由定理6,S2态不可转一次变为T0态,所以转变的T态为T2态。  # 
    [定理9]:T2态,只能转变为S2态或S1态。 
    证明:
    由定理2,T态必然变为S态。由于充裕堆数不可能一次由2变为0,所以此时的S态不可能为S0态。命题得证。 
    [定理10]:S2态,只要方法正确,必胜. 
    证明:
    方法如下: 
          1)  S2态,就把它变为T2态。(由定理8) 
          2)  对方只能T2转变成S2态或S1态(定理9)
        若转变为S2,  转向1) 
        若转变为S1,  这己必胜。(定理5) 
    [定理11]:T2态必输。 
    证明:同10。 
    综上所述,必输态有:  T2,S0 
              必胜态:    S2,S1,T0. 
    两题比较: 
    第一题的全过程其实如下: 
    S2->T2->S2->T2->  ……  ->T2->S1->T0->S0->T0->……->S0->T0(全0) 
    第二题的全过程其实如下: 
    S2->T2->S2->T2->  ……  ->T2->S1->S0->T0->S0->……->S0->T0(全0) 
    下划线表示胜利一方的取法。  是否发现了他们的惊人相似之处。 
    我们不难发现,S1态可以转变为S0态(第二题做法),也可以转变为 
    T0(第一题做法)。哪一方控制了S1态,他即可以有办法使自己得到最后一根(转变为 
    T0),也可以使对方得到最后一根(转变为S0)。 
      所以,抢夺S1是制胜的关键! 
      为此,始终把T2态让给对方,将使对方处于被动状态,他早晚将把状态变为S1.

    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    using namespace std;
    int main()
    {
        int t,k,cas=1;
        cin>>t;
        while(t--)
        {
            cin>>k;
            int cy=0,ans=0,data;
            for(int i=0;i<k;i++)
            {
                cin>>data;
                ans^=data;
                if(data>1) cy++;
            }
            //s为利己态 异或不是0
            if((ans&&cy)||(!ans&&!cy)) //s1 s2 t0 必胜 
            printf("Case %d: Alice
    ",cas++);
            else //s0 t2必败
            printf("Case %d: Bob
    ",cas++);
        }
        return 0;
    }
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