硬币游戏的答案
前两天贴出了一个硬币游戏,希望寻找一种胜利策略。这是一个非常有意思的题目,没事做的时候可以用来锻炼思考能力。我迫不及待的想在这里公布解答,因为我已经把它解决掉了。如果有人还想继续享受思考的乐趣,请飘至原问题。
的简单情形,
Tony Liu和overwindows已经给出了正确答案:
- 第一步:任一对角线翻转
- 第二步:任一条边翻转
- 第三步:任一对角线翻转
- 第四步:任一个硬币翻转
- 第五步:任一对角线翻转
- 第六步:任一条边翻转
- 第七步:任一对角线翻转
这个策略分成两部分,前三步和后三部。前三步处理棋盘上有偶数颗正面朝上的硬币的情况。第四步把奇数颗正面朝上的情况转化成偶数颗正面朝上的硬币,然后重复使用前三步的策略即可。
这个策略可以直接推广到
的情形:
在给出策略前,先定义硬币状态为0如果正面朝上,为1若正面朝下。若干个状态的XOR和指状态的和除以2的余数。两个硬币对称是指两个硬币处于正多边形棋盘的直径上(此时
为偶数)。
假设
为
时的策略。我们来递归构造策略
:
(i). 如果棋盘上任何对称的硬币方向都相同,则将对角的硬币看成一个整体(同时操作)之后,
枚硬币转化成
的情形,调用
即可让所有硬币方向相同。此策略记为
。
(ii). 如果棋盘上任何对称的硬币方向都相同或者同时都相反,类似(i),先调用
,若硬币方向都相同,则已经解决了问题。若否,注意到调用
的过程只会同时改变对称的两个硬币的朝向,这样调用
之后还是满足任何对称的硬币方向都相反,这时候,翻转连续的
个硬币,从而可以转化成(i)的情况。所以,策略
可以解决任何对称的硬币方向相同或者相反的情况。其中
表示翻转连续的
个硬币。
(iii). 接下来主要是把问题转化为(ii)中的情况。这时候只需要对某连续
枚硬币调用
即可。这是因为如果我们把对称的硬币看成一个整体的话,则这次
的每次操作都只作用于任何对称的硬币的其中一枚上。这样,如果我们考虑对称硬币状态的XOR和的话,
的过程中会出现所有对称的硬币方向都相同或者都相反的情形,也就是(ii)中的情况。由于我们不知道这个状态在什么时候出现,所以在这个
的每一步后,都需要执行一次
操作。另外要注意的是,
的操作不会影响外围的
操作。
注:此策略的最优性未知。
不是2的幂次时Alice没有必胜策略
考虑Alice的最后一步,如果Alice总是能够在最后一步或之前使所有硬币方向一样,假设她的最后一步是必要的(存在一种情况在最后一步才达到方向一致),假设Alice最后一步翻转的硬币是集合
,翻转后使得所有硬币都朝上或者朝下。由于Bob可以将棋盘任何旋转若干个位置,这说明对任何的旋转角度
,均有
,其中集合
。这只可能在
为偶数并且
为所有奇数位置或者所有偶数位置才可能达得到。
而若
并且
为大于1的奇数。这时候我们将所有硬币分为连续的
组,每组由连续的
枚硬币构成。每组的状态(0或者1)是组内所有硬币状态的XOR和。如果Alice存在一个获胜的策略,那么在分组后的游戏中,Alice也应该总是能获得胜利。但如上一段所指出的,在奇数组的游戏中,Alice不可能获胜。从而导致了一个矛盾。
想了我两天,当时就在n=8的时候卡住了,想如果n=8出个反例就ok了,结果做着做着越觉得n=8是可以的,然后就做出来了。
这个推理问题背后的物理意义是什么呢?
有些看不懂啊!
我觉得应该与数字技术相联系,这样也许会发现其物理意义的所在!