เกมการลบ
ในทฤษฎีเกมเชิงผสมเกมการลบเป็นเกมกลยุทธ์นามธรรมที่มีสถานะที่สามารถแทนด้วยจำนวนธรรมชาติหรือเวกเตอร์ของจำนวน (เช่น จำนวนโทเค็นเกมในกองโทเค็น หรือตำแหน่งของชิ้นส่วนบนกระดาน) และการเคลื่อนไหวที่อนุญาตจะลดจำนวนเหล่านี้[ 1 ] [ 2 ]บ่อยครั้งที่การเคลื่อนไหวของเกมอนุญาตให้ลดจำนวนใดๆ ก็ได้โดยการลบค่าออกจากเซตการลบ ที่กำหนด และเกมการลบที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันในเซตการลบ[ 1 ]เกมเหล่านี้ยังแตกต่างกันในเรื่องที่ว่าผู้เล่นคนสุดท้ายที่เคลื่อนไหวเป็นผู้ชนะ ( แบบแผนการเล่นปกติ ) หรือแพ้ ( แบบแผนการเล่นแบบมิแซร์ ) [ 2 ]แบบแผนการชนะอีกแบบหนึ่งที่เคยใช้คือ ผู้เล่นที่เคลื่อนไหวไปยังตำแหน่งที่มีจำนวนทั้งหมดเป็นศูนย์จะเป็นผู้ชนะ แต่ตำแหน่งอื่นๆ ที่ไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ ที่เป็นไปได้จะถือว่าเสมอกัน[ 1 ]
ตัวอย่าง
ตัวอย่างเกมการลบที่น่าสนใจ ได้แก่ เกมต่อไปนี้:
- นิมเป็นเกมที่สถานะประกอบด้วยกองโทเค็นหลายกอง เช่น เหรียญหรือไม้ขีดไฟ และการเคลื่อนไหวที่ถูกต้องจะนำโทเค็นจำนวนใดก็ได้ออกจากกองเดียว นิมมีกลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดที่เป็นที่รู้จักกันดี โดยเป้าหมายในการเคลื่อนไหวแต่ละครั้งคือการไปถึงชุดกองที่มีผลรวมนิมเป็นศูนย์ และกลยุทธ์นี้เป็นหัวใจสำคัญของทฤษฎีบทสปราก-กรุนดีเกี่ยวกับการเล่นที่เหมาะสมที่สุดในเกมที่เป็นกลางอย่างไรก็ตาม เมื่อเล่นโดยใช้โทเค็นเพียงกองเดียว การเล่นที่เหมาะสมที่สุดนั้นง่ายมาก (เพียงแค่นำโทเค็นทั้งหมดออกในการเคลื่อนไหวเดียว) [ 3 ]
- การลบกำลังสองเป็นรูปแบบหนึ่งของเกมนิม ซึ่งสามารถนำโทเค็นออกได้เพียงจำนวนกำลังสองในการเคลื่อนไหวเดียวเท่านั้น เกมที่ได้จะมีกลยุทธ์ที่ไม่ธรรมดาแม้จะมีโทเค็นเพียงกองเดียวทฤษฎีบท Furstenberg–Sárközyบ่งชี้ว่าตำแหน่งที่ชนะจะมีค่าความหนาแน่นเป็นศูนย์ในบรรดาจำนวนเต็ม[ 4 ]
- ฟิโบนาชชีนิมเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของนิมซึ่งการเคลื่อนไหวที่อนุญาตจะขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวก่อนหน้าไปยังกองโทเค็นเดียวกัน ในการเคลื่อนไหวครั้งแรกไปยังกอง ห้ามหยิบทั้งกอง และในการเคลื่อนไหวครั้งต่อๆ ไป จำนวนที่นำออกต้องไม่เกินสองเท่าของจำนวนที่นำออกก่อนหน้าจากกองเดียวกัน[ 5 ]
- เกมของ Wythoffเล่นโดยการวางควีนหมากรุกบนกระดานหมากรุกขนาดใหญ่ และในแต่ละขั้นตอน ให้ย้ายควีนหมากรุก (ในลักษณะปกติของควีนหมากรุก) ไปทางด้านล่าง ด้านซ้าย หรือมุมล่างซ้ายของกระดาน เกมนี้สามารถอธิบายได้เทียบเท่ากับกองโทเค็นสองกอง ซึ่งแต่ละการเคลื่อนไหวสามารถนำโทเค็นออกจากกองใดกองหนึ่งหรือทั้งสองกองได้จำนวนเท่าใดก็ได้ โดยจะนำโทเค็นออกจากแต่ละกองในจำนวนเท่ากันเมื่อทั้งสองกองลดลง เกมนี้มีกลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดที่เกี่ยวข้องกับลำดับ Beattyและอัตราส่วนทองคำ[ 6 ]
ทฤษฎี
เกมการลบโดยทั่วไปเป็นเกมที่ยุติธรรมหมายความว่าชุดการเดินหมากที่มีอยู่ในตำแหน่งที่กำหนดนั้นไม่ขึ้นอยู่กับผู้เล่นที่ถึงตาเดิน สำหรับเกมดังกล่าว สถานะต่างๆ สามารถแบ่งออกเป็น-ตำแหน่ง (ตำแหน่งที่ผู้เล่นคนก่อนซึ่งเพิ่งขยับตัวกำลังได้เปรียบ) และ- ตำแหน่ง (ตำแหน่งที่ผู้เล่นคนต่อไปที่เดินหมากจะเป็นฝ่ายชนะ) และกลยุทธ์การเล่นเกมที่ดีที่สุดคือการเดินหมากไปยังตำแหน่งนั้น-ตำแหน่งเมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น ด้วยวิธีการเล่นแบบปกติและกองโทเค็นเพียงกองเดียว ทุกหมายเลขในชุดการลบจะเป็นตำแหน่ง - เนื่องจากผู้เล่นสามารถชนะจากจำนวนดังกล่าวได้โดยการย้ายไปยังศูนย์[ 2 ]
สำหรับเกมการลบแบบเล่นปกติที่มีตัวเลขหลายตัว ซึ่งแต่ละการเคลื่อนไหวจะลดตัวเลขเหล่านี้ลงเพียงตัวเดียว และการลดที่ทำได้จากตัวเลขที่กำหนดจะขึ้นอยู่กับตัวเลขนั้นเท่านั้น ไม่ใช่สถานะเกมส่วนที่เหลือทฤษฎีบท Sprague–Grundyสามารถใช้คำนวณ "ค่า nim" ของแต่ละตัวเลข ซึ่งเป็นตัวเลขที่แสดงถึงตำแหน่งที่เทียบเท่ากันในเกม nim โดยที่ค่าของสถานะเกมโดยรวมคือผลรวม nimของค่า nim ด้วยวิธีนี้ กลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเกมโดยรวมสามารถลดลงเหลือการคำนวณค่า nim สำหรับชุดตำแหน่งเกมที่ง่ายขึ้น ซึ่งมีเพียงตัวเลขเดียว[ 7 ]ค่า nim เป็นศูนย์สำหรับตำแหน่ง และค่าที่ไม่เป็นศูนย์สำหรับตำแหน่ง -จำนวน; ตามทฤษฎีบทของทอม เฟอร์กูสันตำแหน่งจำนวนเดี่ยวที่มีค่านิมเท่ากับหนึ่ง คือจำนวนที่ได้จากการบวกค่าที่เล็กที่สุดในเซตการลบเข้ากับ-ตำแหน่ง ผลลัพธ์ของเฟอร์กูสันนำไปสู่กลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดในเกมการลบมิแซร์แบบหลายกอง โดยมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยจากกลยุทธ์การเล่นปกติ[ 8 ]
สำหรับเกมการลบที่มีกองโทเค็นเพียงกองเดียวและชุดการลบที่กำหนดไว้ (แต่สามารถเป็นอนันต์ได้) หากชุดการลบมีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างสมาชิกในชุดนั้น ชุดนั้นก็จะมีขนาดเท่ากับ...-ตำแหน่งของเกมจะต้องเป็นอนันต์[ 9 ]สำหรับเกมการลบทุกเกมที่มีเซตการลบจำกัด ค่า nim จะถูกจำกัด และการแบ่งส่วนออกเป็น-ตำแหน่งและตำแหน่งและลำดับของค่า nim นั้นเป็นคาบในที่สุด คาบอาจมีขนาดใหญ่กว่าค่าสูงสุดอย่างมากในชุดการลบ แต่มีค่าสูงสุดเท่านั้น[ 10 ]อย่างไรก็ตาม มีเซตการลบอนันต์ที่สร้างค่า nim ที่มีขอบเขตแต่ลำดับค่าเหล่านี้ไม่เป็นคาบ[ 11 ]
ความซับซ้อน
สำหรับเกมการลบที่มีชุดตัวเลขสำหรับการลบที่กำหนดไว้ (แต่ก็อาจมีได้ไม่จำกัด) เช่น การลบกำลังสอง การแบ่งตัวเลขออกเป็นตำแหน่ง P และตำแหน่ง N จนถึงค่าที่กำหนดอาจคำนวณได้ตามเวลาค่า nim ของตัวเลขทั้งหมดจนถึงอาจคำนวณได้ตามเวลาที่ไหนแสดงถึงขนาดของชุดการลบ (สูงสุด)) และแสดงถึงค่า nim ที่ใหญ่ที่สุดที่เกิดขึ้นในการคำนวณนี้[ 12 ]
สำหรับการวางนัยทั่วไปของเกมการลบที่เล่นบนเวกเตอร์ของจำนวนธรรมชาติที่มีเซตการลบซึ่งเวกเตอร์สามารถมีสัมประสิทธิ์บวกและลบได้ เป็นปัญหาที่ไม่สามารถตัดสินได้ว่าเกมดังกล่าวสองเกมมีตำแหน่ง P และตำแหน่ง N เหมือนกันหรือไม่[ 13 ]
ดูเพิ่มเติม
- เกมของกรุนดีและเกมเลขฐานแปด เป็นการขยายความของเกมการลบ ซึ่งการเดินหมากแต่ละครั้งอาจแบ่งกองหมากออกเป็นสองส่วน
หมายเหตุ
- 1 2 3โกลอมบ์ (1966 )
- 1 2 3 Berlekamp, Conway & Guy (2001) , "เกมการลบ", หน้า 83–86
- ↑ Bouton (1901–1902) ; Golomb (1966) ; Berlekamp, Conway & Guy (2001) , "Green hackenbush, the game of nim, and nimbers", หน้า 40–42
- ↑โกลอมบ์ (1966) ;เอปป์สไตน์ (2018)
- ↑วินิฮาน (1963) ;ลาร์สสันและรูบินสไตน์-ซัลเซโด (2016)
- ↑ไวทอฟฟ์ (1907) ;ค็อกซ์เตอร์ (1953)
- ↑ Golomb (1966) ; Berlekamp, Conway & Guy (2001) , "เกมกับกอง", หน้า 82
- ↑เฟอร์กูสัน (1974)หน้า 164;เบอร์เลแคมป์, คอนเวย์และกาย (2001) "คุณสมบัติการจับคู่ของเฟอร์กูสัน" หน้า 86
- ↑ Golomb (1966) , ทฤษฎีบท 4.1, หน้า 451.
- ↑ Golomb (1966) , ตัวอย่าง (a), หน้า 454; Althöfer & Bültermann (1995)
- ↑ Larsson & Fox (2015 )
- ↑เอปป์สไตน์ (2018 )
- ↑ลาร์สสันแอนด์เวสท์ลันด์ (2013) .