為什麼說多數棋類遊戲先手有必勝/必不敗策略?

為什麼說多數棋類遊戲先手有必勝/必不敗策略?

如果一個博弈(遊戲)滿足如下條件,那麼先手和後手其中至少一方有必不敗或者必勝策略:

1.遊戲採取雙方(或多人)輪流行動的形式進行。

2.遊戲必然在有限步內結束。(這點保證了遊戲不會進入一個循環而導致沒有勝負)

3.雙方(或多人)擁有整局遊戲的任何信息。(即,完美信息博弈)

4.沒有任何運氣成分。(就是說,你能夠完全地料到你進行了某行動之後,整個遊戲會發展成為怎樣的局面)

比如五子棋就是一個滿足上述條件的遊戲:

1.執黑執白雙方輪流落子。

2.722步內必分出勝負。(或者平局)

3.沒有任何信息是被隱藏的。

4.落子即為一步行動,指哪落哪。(手滑不算)

但是撲克牌不滿足上述條件。

1.幾人輪流出牌。

2.54步內分出勝負。

3.別人的牌你是看不到的,有信息隱藏。

4.出牌雖然是自己能完全決定的,但是發牌不是。

這個是博弈論的一條定理策梅洛定理,最先由他在1913年證明。但是無奈,在策梅洛定理_百度百科上沒有見到通俗易懂的證法。(事實上截止到筆者寫這段文字的時候,還沒有添加證明)並且知乎上似乎也偶有人詢問,於是我在下面給出一種該定理通俗易懂的證明方法。

我們先考慮下面這個例子:

兩個人甲和乙玩遊戲,從甲開始從1輪流報數,每個人可以報1個,2個,或者3個。第二個人接著上一個人報的最後一個數的下一個數開始報。先報到6的人輸。例:甲報1,2。乙報3,4,5。甲報6,甲輸。問甲有必勝策略嗎?

答案是,甲有必勝策略。

甲只需一開始報1,之後不管乙報多少,甲都報到5。這樣最後乙只能報6然後輸掉比賽。

我們不妨將部分遊戲流程繪製如下:

藍色箭頭表示甲的回合,紅色則表示乙的。文字分別是兩人可能的行動。甲一開始只報1的情況沒有列出來。

我們將輸掉遊戲的箭頭上標上點:藍色的點代表甲贏,紅色的點代表乙贏:

我么發現,有的時候,比如最上面那種情況,甲只能報6然後輸掉比賽。

這種時候,我們認為乙報5的時候,甲已經輸掉了比賽。

即,如果甲沒有選擇只能行動至紅色的點(乙贏),那麼甲已經輸了。

所以,我們將這種「單行線」之前也染上色:

注意此情況:

因為在甲報4之後,是乙的行動回合,所以如果有紅色的點,那麼乙一定會行動至紅色的點(甲輸)。所以,當有一個點和箭頭同色時,箭頭來源的那個點也是這個顏色的。

將圖中所有情況標上有顏色的點:

此時,我們能夠看到:只要甲不報1,那麼乙就報到5,隨後甲輸掉遊戲。可見,只要甲報1,那麼不管乙報幾個數,甲都報(4-乙報的數字個數)個數,保證報到5,隨即乙報6輸掉比賽。

此為甲的必勝策略。

其實說到這兒,命題已經證明完成了。由題給信息,我們總能找到這樣一個「樹」,從「根」開始,每條有色「邊」代表不同玩家的不同行動,最後會在有限的「深度」和「度」內結束。在「葉節點」處,染上代表勝負的顏色,然後依據上述規律依次將其「父節點」染上相應的顏色。最終,在「根」上也染上相應的顏色,代表了誰有必勝/必不敗策略。

p.s.筆者在查閱資料中發現,中國象棋居然也符合規律。(比賽中規定,六十步不失子判和)也就是說,中國象棋也必然會在先手和後手之中的一者有必勝或必不敗策略。太可怕了。

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