什么是斐波那契博弈呢?

斐波那契博弈有以下特征:

  1. 先手不能在第一次把所有的石子取完;

  2. 之后每次可以取的石子数介于1到对手刚取的石子数的2倍之间(包含1和对手刚取的石子数的2倍)。约定取走最后一个石子的人为赢家,求必败态。

这个和之前的Wythoff’s Game 和取石子游戏 有一个很大的不同点,就是游戏规则的动态化。之前的规则中,每次可以取的石子的策略集合是基本固定的,但是这次有规则2:一方每次可以取的石子数依赖于对手刚才取的石子数。

这个游戏叫做Fibonacci Nim,肯定和Fibonacci数列:f[n]:1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,… 有密切的关系。如果试验一番之后,可以猜测:先手胜当且仅当n不是Fibonacci数。换句话说,必败态构成Fibonacci数列。

结论:必败态构成斐波那契数列。

证明:

这里引入:Zeckendorf定理”(齐肯多夫定理)

任何正整数可以表示成,若干个不连续的斐波那契之和。

1、当i=2时,先手只能取1颗,显然必败,结论成立。

2、假设当i<=k时,结论成立。

   则当i=k+1时,f[i] = f[k]+f[k-1]。

   则我们可以把这一堆石子看成两堆,简称k堆和k-1堆。

   (一定可以看成两堆,因为假如先手第一次取的石子数大于或等于f[k-1],则后手可以直接取完f[k],因为f[k] < 2*f[k-1])

   对于k-1堆,由假设可知,不论先手怎样取,后手总能取到最后一颗。下面我们分析一下后手最后取的石子数x的情况。

   如果先手第一次取的石子数y>=f[k-1]/3,则这小堆所剩的石子数小于2y,即后手可以直接取完,此时x=f[k-1]-y,则x<=2/3*f[k-1]。

   我们来比较一下2/3*f[k-1]与1/2*f[k]的大小。即4*f[k-1]与3*f[k]的大小,由数学归纳法不难得出,后者大。

   所以我们得到,x<1/2*f[k]。

   即后手取完k-1堆后,先手不能一下取完k堆,所以游戏规则没有改变,则由假设可知,对于k堆,后手仍能取到最后一颗,所以后手必胜。

   即i=k+1时,结论依然成立。

对于不是FIB数,首先进行分解。

分解的时候,要取尽量大的Fibonacci数。

比如分解85:85在55和89之间,于是可以写成85=55+30,然后继续分解30,30在21和34之间,所以可以写成30=21+9,

依此类推,最后分解成85=55+21+8+1。

则我们可以把n写成  n = f[a1]+f[a2]+……+f[ap]。(a1>a2>……>ap)

我们令先手先取完f[ap],即最小的这一堆。由于各个f之间不连续,则a(p-1) > ap  + 1,则有f[a(p-1)] > 2*f[ap]。即后手只能取f[a(p-1)]这一堆,且不能一次取完。

此时后手相当于面临这个子游戏(只有f[a(p-1)]这一堆石子,且后手先取)的必败态,即先手一定可以取到这一堆的最后一颗石子。

同理可知,对于以后的每一堆,先手都可以取到这一堆的最后一颗石子,从而获得游戏的胜利。

下面给出一道例题:

牛客-送分啦QAQ

AC代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long ll;
set<ll> st;
int main()
{
    int a1=1,a2=1;
    while(a1+a2<=1e9+10)
    {
        st.insert(a1+a2);
        int t=a1;
        a1=a2;
        a2+=t;
    }
    ll n;
    cin>>n;
    if(st.find(n)!=st.end())    cout<<"Sha"<<endl;
    else    cout<<"Xian"<<endl;
    return 0;
}