尼姆游戏

有若干堆石子,两个玩家轮流取石子,每次可以从任一堆中取走任意多枚石子。假设棋子个数为a_1, a_2, \cdots, a_n \ (a_i \in \mathbb{N}^+)。对于a, b \in \mathbb{N},用a \oplus b表示ab按位异或的结果。

- 取走最后一枚者赢:先手胜当且仅当a_1 \oplus a_2 \oplus \cdots \oplus a_n \neq 0

- 取走最后一枚者输:先手胜当且仅当所有a_i全为1n为偶数,或者存在a_i大于1a_1 \oplus a_2 \oplus \cdots \oplus a_n \neq 0

- 每次只能取不超过k枚,取走最后一枚者赢:记\overline{a_i}a_ik+1的值(0 \leqslant \overline{a_i} \leqslant k)。先手胜当且仅当\overline{a_1} \oplus \overline{a_2} \oplus \cdots \oplus \overline{a_n} \neq 0

如果再增加一种操作:从一堆棋子中取走一些并把这堆剩下的分解成更多的堆,在前3种规则下,结论和前3种相同。

- 每次只能取不超过k枚,取走最后一枚者输:记\overline{a_i}a_ik+1的值(0 \leqslant \overline{a_i} \leqslant k)。先手胜当且仅当所有\overline{a_i}全为01\overline{a_i}等于1的个数为偶数,或者存在\overline{a_i}大于1\overline{a_1} \oplus \overline{a_2} \oplus \cdots \oplus \overline{a_n} \neq 0

- 只有一堆石子,有n枚,第一步操作的玩家第一次不能全取,以后每次操作的玩家不能取超过另一名玩家上次取的石子数,取走最后一枚者赢:先手胜当且仅当n不为2的幂。

- 只有一堆石子,有n枚,第一步操作的玩家第一次不能全取,以后每次操作的玩家不能取超过另一名玩家上次取的石子数的两倍,取走最后一枚者赢:先手胜当且仅当n不是斐波那契数。

正常游戏:无法操作者输。

反常游戏:无法操作者赢。

每个无偏游戏都可以对应到一个带根的有向无环图(s, T, V, E),其中s表示起始状态,T表示没有后继状态的状态集合,(V, E)表示整个状态图。从游戏(s, T, V, E)到游戏((s^\prime, T^\prime, V^\prime, E^\prime)的一个同态是指\varphi : (V, E) \to (V^\prime, E^\prime)满足:\varphi(s) = s^\prime\varphi(T) \subseteq T^\prime

任意两个游戏A,B,它们的和A\oplus B表示这样一个游戏:初始状态玩家面临A游戏的初始局面和B游戏的初始局面,每名玩家在每回合可以选择A游戏或者B游戏进行一步操作。

正常游戏终结状态后手胜;反常游戏终结状态先手胜。逆推可以最终推出初始状态谁会获胜。

定义Sprague-Grundy函数为:对于终结状态,g(x) = 0;对于非终结状态g(x) =  \text{mex}\{g(y) \ \vert 存在从xy的有向边\}\。则状态x先手胜当且仅当g(x) \neq 0

任意两个游戏A, Bg(A\oplus B) = g(A) \oplus g(B)。称两个游戏等价如果它们的Sprague-Grundy函数值相等。

只有一堆石子,且它恰包含n枚石子的尼姆游戏的Sprague-Grundy函数值为n。所以每个无偏游戏都和某个只有一堆的尼姆游戏等价。

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