SG函数

为了更一般化博弈问题，我们引入SG函数

SG函数有如下性质：

1.如果某个状态SG函数值为0，则它后继的每个状态SG函数值都不为0

2.如果某个状态SG函数值不为0，则它至少存在一个后继的状态SG函数值为0

如果某个局面SG函数值为0，则该局面先手必败

放到有向图中，该有向图的核就是SG值为0的点构成的集合

游戏的和

游戏的和的SG函数值=所有子游戏SG函数值的异或和Xor

如果所有子游戏都进行完毕，那么Xor=0，必败

如果某个状态的SG函数值为0，那么后手一定可以做出一种动作，保持Xor=0，那么先手必败。

反之某个状态的SG函数值不为0，先手可以让Xor=0，变成后手，重复上述动作，那么先手必胜

这样就能轻松合并多个独立的组合游戏啦

mex函数

$sg[$当前局面$]=mex(sg[$后继局面$])$

$mex$函数表示第一次还没出现的数

某种后继局面可能是很多个子游戏，那么该后继局面的$sg$函数就是这些子游戏的和，即子游戏$sg$函数的异或和

SG组合游戏

NIM游戏

有n堆石子，两个人玩游戏，每次轮流在一堆里取走任意个，取走最后一堆的最后一个石子的人赢，问谁赢

一堆石子相当于一个子游戏，显然该子游戏的SG函数值为该堆中石子数

再根据游戏的和的思想，把子游戏合并就能求出谁赢了

NIMk游戏

同样是NIM游戏，现在变成了每次在k堆中取任意个

NIM游戏采取策略的根本是，保证当SG函数值为0时，不论先手如何操作，后手一定能做出一种动作，保持Xor=0

把每堆石子都转化成k+1进制数，再进行不进位的加法即可

SG组合游戏

POJ 2960 S-Nim (SG函数递推)

裸题，考察对SG函数的理解。利用游戏的和以及mex函数。暴力递推出石子SG函数即可

 #include <cmath>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 10010

 #define ll long long

 #define ull unsigned long long

 using namespace std;

 const int inf=0x3f3f3f3f;

 int gint()

 {

     int ret=,fh=;char c=getchar();

     while(c<''||c>''){if(c=='-')fh=-;c=getchar();}

     while(c>=''&&c<=''){ret=ret*+c-'';c=getchar();}

     return ret*fh;

 }

 int n,m,o,T,A,B,de;

 int s[N1],a[N1],sg[N1],use[N1];

 int main()

 {

     while(scanf("%d",&m)) {

     if(m==) break;

     int i,j,ans=,flag;

     memset(sg,,sizeof(sg));

     for(i=;i<=m;i++) s[i]=gint();

     sg[]=;

     for(i=;i<=;i++)

     {

         for(j=;j<=m;j++) if(i>=s[j]) use[sg[i-s[j]]]=;

         for(j=;j<=m;j++) if(!use[j]){ sg[i]=j; break; }

         for(j=;j<=m;j++) if(i>=s[j]) use[sg[i-s[j]]]=;

     }

     o=gint();

     while(o--) {

     n=gint();

     for(i=;i<=n;i++) a[i]=gint();

     for(i=,ans=;i<=n;i++) ans^=sg[a[i]];

     if(ans) putchar('W'); else putchar('L');

     }

     puts("");

     }

     return ;

 }

BZOJ 2940 条纹 (SG函数递推)

稍微复杂了一点，但也没什么好说的，暴力递推SG函数就行了

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define il inline

 #define N1 1010

 using namespace std;

 const int maxn=;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int T,n,A,B,C;

 int use[N1],sg[N1];

 int main()

 {

     scanf("%d%d%d",&A,&B,&C);

     if(A>B) swap(A,B); if(A>C) swap(A,C); if(B>C) swap(B,C);

     int i,j,k;

     for(i=A;i<=maxn;i++)

     {

         for(j=;j+A<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-A]]=;

         for(j=;j+B<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-B]]=;

         for(j=;j+C<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-C]]=;

         for(j=;j<=maxn*maxn;j++) if(!use[j]){ sg[i]=j; break; }

         for(j=;j+A<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-A]]=;

         for(j=;j+B<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-B]]=;

         for(j=;j+C<=i;j++) use[sg[j]^sg[i-j-C]]=;

     }

     scanf("%d",&T);

     while(T--)

     {

         scanf("%d",&n);

         if(sg[n]) puts(""); else puts("");

         //printf("%d\n",f[n]);

     }

     return ;

 }

 /*

 */

一个不错的模型转化

POJ 1704 Georgia and Bob (阶梯博弈)

题目大意：略

把相邻两个数的距离的差值-1看成一堆石子，第一堆石子数是第一个数到1的距离

那么把第i个数向左移x格相当于把x个石子从第i堆放到第i+1堆里，而挪第n堆的石子则是把石子移出游戏

游戏结束状态就是所有的石子都移出了游戏

发现从右往左数的偶数堆(第2,4,6..堆)的石子是无意义的，因为先手挪，后手就跟着挪，先手只会输

我们只考虑从右往左数的奇数堆，先手把石子从奇数堆移动到了偶数堆，相当于把这些石子移除游戏，也就是删除了奇数堆中的这些石子！

问题转化成了NIM游戏！我们只对从右往左数的奇数堆讨论即可

 #include <cmath>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 10010

 #define ll long long

 #define ull unsigned long long

 using namespace std;

 const int inf=0x3f3f3f3f;

 int gint()

 {

     int ret=,fh=;char c=getchar();

     while(c<''||c>''){if(c=='-')fh=-;c=getchar();}

     while(c>=''&&c<=''){ret=ret*+c-'';c=getchar();}

     return ret*fh;

 }

 int n,m,T,A,B,de;

 int a[N1],sg[N1];

 int main()

 {

     scanf("%d",&T);

     while(T--){

     int i,j,ans=;

     scanf("%d",&n);

     for(i=;i<=n;i++) a[i]=gint();

     sort(a+,a+n+);

     for(i=;i<=n;i++) sg[n-i+]=a[i]-a[i-]-; sg[n]=a[]-;

     for(i=;i<=n;i+=) ans^=sg[i];

     if(!ans) puts("Bob will win");

     else puts("Georgia will win");

     }

     return ;

 }

很多问题里状态很大，我们不能预处理出SG函数值，只能打表找规律

博弈问题的精髓是打表！

HDU 3032 Nim or not Nim (SG函数打表)

题目大意：NIM游戏，每次操作还可以把一堆石子分成两堆，问谁赢

先预处理出单独一堆石子时的sg函数值。

那么，该游戏的sg函数值=每堆石子的sg函数值的异或和

暴力枚举后继状态，打个表找规律就行了

 #include <cmath>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 1000050

 #define ll long long

 #define dd double

 using namespace std;

 const dd eps=1e-;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int T,n;

 int a[N1],sg[N1],use[N1];

 const int maxn=;

 int main()

 {

     scanf("%d",&T);

     while(T--){

     scanf("%d",&n);

     int i,j,sum=;

     for(i=;i<=n;i++)

     {

         read(a[i]);

         if(a[i]%==) sum^=a[i]+;

         else if(a[i]%==) sum^=a[i]-;

         else sum^=a[i];

     }

     if(!sum) puts("Bob"); else puts("Alice");

     }

     return ;

 }

 /*

 scanf("%d",&n);

     int i,j;

     //for(i=1;i<=n;i++) scanf("%d",&a[i]);

     sg[0]=0; sg[1]=1;

     for(i=2;i<=n;i++)

     {

         use[sg[0]]=1;

         for(j=1;j<i;j++) use[sg[j]]=1, use[sg[j]^sg[i-j]]=1;

         for(j=0;j<=i*2;j++) if(!use[j]){ sg[i]=j; break; }

         use[sg[0]]=0;

         for(j=1;j<i;j++) use[sg[j]]=0, use[sg[j]^sg[i-j]]=0;

     }

     //for(i=0;i<=n;i++) printf("%d:%d\n",i,sg[i]);

     for(i=1;i<=n;i++) printf("%d\n",sg[i]);

 */

HDU 4644 Triangulation (SG函数打表)

题目大意：圆上有$a_{i}$个点，两个人玩游戏，轮流在这些点之间连边，边和边不能交叉，现在有n个圆，问谁赢

和上面的题一模一样的套路，每次连线都会产生两个子游戏，先写暴力打表，然后找规律

规律比较丧病

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define il inline

 #define N1 1000010

 using namespace std;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int T,n;

 int a[N1];

 int sg1[]={,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,};

 int sg2[]={,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,};

 int main()

 {

     scanf("%d",&T);

     while(T--) {

     scanf("%d",&n);

     int i,j,sum=;

     for(i=;i<=n;i++)

     {

         read(a[i]);

         if(a[i]<=) sum^=sg1[a[i]-];

         else sum^=sg2[(a[i]-)%];

     }

     if(sum) puts("Carol"); else puts("Dave");

     }

     return ;

 }

 /*

 */

SG组合游戏变形

气氛变得怪异起来

一些SG组合游戏的终止状态比较特殊，我们可以通过转化解决

POJ 3537 Crosses and Crosses

题目大意：给出一个1*n的网格，一开始全都是白格子，两个人轮流把一个白格子涂黑，谁先涂出来连续3个黑格子谁就赢了

游戏的结束状态不容易直接搞啊

我们剖析游戏本身的性质

先手把一个格子涂黑后，它左右一共连续5个格子(边界另外讨论)一定不能被后手涂

相当于每次涂黑一个格子，删掉连续的不超过5个格子，两侧剩下的格子构成了一个或两个子游戏

依次求出长度为1~n的连续格子的游戏的SG函数即可

 #include <queue>

 #include <cmath>

 #include <vector>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 2010

 #define M1 200010

 #define ll long long

 #define dd double

 using namespace std;

 const dd eps=1e-;

 int n,tl;

 int sg[N1],use[N1],que[N1];

 int main()

 {

     scanf("%d",&n);

     if(n==){ puts(""); return ; }

     if(n==){ puts(""); return ; }

     if(n==){ puts(""); return ; }

     if(n==){ puts(""); return ; }

     sg[]=; sg[]=sg[]=sg[]=; sg[]=;

     int i,j;

     for(i=;i<=n;i++)

     {

         que[++tl]=sg[i-]; que[++tl]=sg[i-];

         for(j=;j+<=i;j++) que[++tl]=sg[j]^sg[i-j-];

         for(j=;j<=tl;j++) use[que[j]]=;

         for(j=;j<=i;j++) if(!use[j]){ sg[i]=j; break; }

         while(tl) use[que[tl--]]=;

     }

     if(sg[n]>) puts("");

     else puts("");

     return ;

 }

POJ 2311 Cutting Game

题目大意：给出一张n*m的纸，每次可以把它剪成两半，先剪出来1*1小纸片的人赢

虽然1*1是必败局面，但并不容易直接推出其他格子的SG函数

显然x>1时，1*x的局面先手必胜。而2*2局面必败，进而可以推出2*3,3*3也都是必败局面

利用这两点就可以轻松推出整张纸的SG函数了

 #include <queue>

 #include <cmath>

 #include <vector>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 205

 #define M1 200010

 #define ll long long

 #define dd double

 using namespace std;

 const dd eps=1e-;

 int T,n,m,de;

 int sg[N1][N1],use[N1*]; 

 int main()

 {

     int i,j,k,x,y,ans,flag;

     for(i=;i<=;i++) sg[][i]=;

     for(i=;i<=;i++) sg[i][]=;

     for(i=;i<=;i++) for(j=;j<=;j++) //if(i+j>4)

     {

         for(k=;k<j-;k++) use[sg[i][k]^sg[i][j-k]]=; //if(i+k>=4&&i+j-k+1>=4)

         for(k=;k<i-;k++) use[sg[k][j]^sg[i-k][j]]=; //if(j+k>=4&&j+i-k+1>=4) 

         for(k=;k<=;k++) if(!use[k]){ sg[i][j]=k; break; }

         for(k=;k<j-;k++) use[sg[i][k]^sg[i][j-k]]=; //if(i+k>=4&&i+j-k+1>=4)

         for(k=;k<i-;k++) use[sg[k][j]^sg[i-k][j]]=; //if(j+k>=4&&j+i-k+1>=4)

     }

     while(scanf("%d%d",&n,&m)!=EOF)

     {

         if(sg[n][m]) puts("WIN");

         else puts("LOSE");

     }

     return ;

 }

BZOJ 1457 棋盘游戏

题目大意：给出一个坐标系，上面有很多个皇后，皇后只能向左/向下/向左下走，两个人轮流每次选择一个皇后移动，谁先把皇后移动到(0,0)谁赢

如果直接把(0,0)当做游戏终止局面的话，求解的问题就是谁先把所有皇后都移动到(0,0)谁赢了

显然如果存在x=y||x=0||y=0的皇后，先手必胜

所以两个人都极力避免自已移动出来上述三种情况的皇后

而皇后只能向左下移动，最终皇后一定集中在(1,2)和(2,1)

我们把SG函数为0的位置设为(1,2)和(2,1)即可

 #include <queue>

 #include <cmath>

 #include <vector>

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 105

 #define M1 200010

 #define ll long long

 #define dd double

 using namespace std;

 const dd eps=1e-;

 int T,n;

 int sg[N1][N1],use[N1]; 

 int main()

 {

     int i,j,k,x,y,ans,flag;

     for(i=;i<=;i++) for(j=;j<=;j++) if(i!=j)

     {

         for(k=;k<j;k++) if(k!=i) use[sg[i][k]]=;

         for(k=;k<i;k++) if(k!=j) use[sg[k][j]]=;

         for(k=;k<min(i,j);k++) use[sg[i-k][j-k]]=;

         for(k=;k<;k++) if(!use[k]){ sg[i][j]=k; break; }

         for(k=;k<j;k++) if(k!=i) use[sg[i][k]]=;

         for(k=;k<i;k++) if(k!=j) use[sg[k][j]]=;

         for(k=;k<min(i,j);k++) use[sg[i-k][j-k]]=;

     }

     scanf("%d",&T);

     while(T--)

     {

         scanf("%d",&n); ans=,flag=;

         for(i=;i<=n;i++)

         {

             scanf("%d%d",&x,&y);

             if(x==y||!x||!y) flag=;

             ans^=sg[x][y];

         }

         if(ans||flag) puts("^o^");

         else puts("T_T");

     }

     return ;

 }

还有一些更加奇怪的变形..

POJ 3480 John (anti-SG组合游戏)

题目大意：$n$堆石子的$NIM$游戏，改成取走最后一个石子的人输，问谁赢

先求出该游戏的$sg$函数

<1>$sg$函数为0，且每堆石子数量都是1，显然先手必胜

<2>$sg$函数为1，且每堆石子数量都是1，显然先手必败

那单堆石子数量>1的情况呢？

<3>$sg$函数为0，且存在一堆石子数量>1，先手必败

(1)先手取走了一个石子的石子堆，把$sg$函数变成1

显然后手一定能把$sg$函数还原成0

最后一定会还剩下至少2个"石子数量>1的堆"，且此时$sg$函数值为0

不论先手怎么取，sg函数都会变得>1

$NIM$游戏具有对称性！

即对于一个$sg$函数值为0的局面而言，不论先手如何操作，后手都能把$sg$函数调成0

而这种情况下，一定存在石子数>1的堆，所以后手肯定能保持$sg$函数值为1！

最后会剩下一个石子被先手取走，后手赢

(2)先手取走了石子数量>1的石子堆中的任意数量个，把$sg$函数变成>1

此时一定还剩下"石子数量>1的堆"，后手也能把$sg$函数调成1

先手如果取单个石子的堆，后手也跟着取，保持$sg$函数值为1即可

<4>$sg$函数为>1，且存在一堆石子数量>1，先手必胜

先手把局面调成<3>就能让对手必败了

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define N1 5050

 using namespace std;

 int n,m,T;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int a[N1];

 int main()

 {

     scanf("%d",&T);

     while(T--)

     {

         scanf("%d",&n);

         int i,sum=,ma=;

         for(i=;i<=n;i++) read(a[i]), sum^=a[i], ma=max(ma,a[i]);

         if(ma==){

             if(sum) puts("Brother");

             else puts("John");

         }else{

             if(sum) puts("John");

             else puts("Brother");

         }

     }

     return ;

 }

HDU 3595 GG and MM (every-SG组合游戏)

题目大意：两个人玩游戏，每个子游戏有两堆石子，设石子较少那一堆数量为$x$，那么当前操作的人要在较多的那一堆中取走$kx$个，$k$是正整数且$kx$不能超过石子数量。两个人必须轮流对每一个能操作的子游戏进行操作，结束最后一个游戏的人获胜。

我们希望必胜的游戏一直保持下去，必败的局面早点结束

先处理出每种子游戏的$sg$函数

定义$step$函数表示先手令该游戏结束的最优步数，必胜局面取最大步数，必败局面取最小步数，可得

$step[u]=$

$0\;(sg[u]=0)$

$min(step[v])+1\;(sg[u]=0,sg[v]>0)$

$max(step[u])+1\;(sg[u]>0,sg[v]=0)$

那么先手必胜当且仅当单一游戏中最大的$step$为奇数

这里的$sg$函数的用途是分析局面何时结束，$sg$函数本身并不能决定胜负

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define il inline

 #define N1 1010

 using namespace std;

 const int maxn=;

 const int inf=0x3f3f3f3f;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int T,n,A,B,C,de;

 int use[N1*N1],sg[N1][N1],step[N1][N1];

 int main()

 {

     int i,j,k,w,ans,a,b;

     for(i=;i<=maxn;i++)

     for(j=;j<=i;j++)

     {

         if(i==&&j==)

             de=;

         for(k=j;k<=i;k+=j) use[sg[max(i-k,j)][min(i-k,j)]]=;

         for(k=;k<=maxn*maxn;k++) if(!use[k]){ sg[i][j]=k; break; }

         if(!sg[i][j]) step[i][j]=inf;

         for(k=j;k<=i;k+=j)

         {

             a=max(i-k,j), b=min(i-k,j);

             if(!sg[i][j]&&sg[a][b]) {

                 step[i][j]=min(step[i][j],step[a][b]);

             }else if(!sg[a][b]){

                 step[i][j]=max(step[i][j],step[a][b]);

             }

             use[sg[a][b]]=;

         }

         step[i][j]++;

     }

     while(scanf("%d",&n)!=EOF) {

     ans=;

     for(i=;i<=n;i++)

     {

         scanf("%d%d",&A,&B);

         if(A<B) swap(A,B);

         ans=max(ans,step[A][B]);

     }

     if(ans&) puts("MM"); else puts("GG");

     }

     return ;

 }

 /*

 */

BZOJ 1393 Knight (every-SG组合游戏+打表)

打表没商量，思路和上一题差不多

这道题也启示我们一个技巧，辅助函数(本题中的$step$函数)和$sg$函数之间可能存在某种神♂秘的关系，如果表本身的规律不够明显，尝试分类讨论打表

例如此题中，$sg$函数值为0的状态step函数很有规律。而$sg$值不为0的状态的$step$函数，可以根据$sg$函数值为0的后继状态推出来

 #include <cstdio>

 #include <cstring>

 #include <algorithm>

 #define il inline

 #define N1 200010

 using namespace std;

 const int maxn=;

 const int inf=0x3f3f3f3f;

 template <typename _T> void read(_T &ret)

 {

     ret=; _T fh=; char c=getchar();

     while(c<''||c>''){ if(c=='-') fh=-; c=getchar(); }

     while(c>=''&&c<=''){ ret=ret*+c-''; c=getchar(); }

     ret=ret*fh;

 }

 int m,n,de;

 inline int check(int x,int y)

 {

     if(x==n||y==n)

     {

         if(x==n) swap(x,y);

         if(n%==){ if(x==n) return ; return ; }

         if(n%==){ if(x==n-) return ; return ; }

         if(n%==){ if(<=x%&&x%<=) return ; return ; }

         if(n%==){ return ; }

     }

     if( <=x% && x%<= && <=y% && y%<= )

         return ;

     return ;

 }

 inline int query(int x,int y)

 {

     if(x==n||y==n)

     {

         if(x==n) swap(x,y);

         if(n%==)

         {

             if(x<=) return n/-;

             if(x==n) return n/-+((x-)/)*+;

             return n/-+(x/)*;

         }

         if(n%==)

         {

             if(x==n) return n-;

             if(x==n-) return n-;

             return n/+(x-)/*;

         }

         if(n%==)

         {

             return n/-+(x-)/;

         }

         if(n%==)

         {

             return n/+x/*;

         }

     }

     if(!check(x,y)) return (x/+y/)*;

     int ans=;

     if(<=x- && y+<=n && !check(x-,y+)) ans=max(ans,query(x-,y+)+);

     if(<=x- && y->= && !check(x-,y-)) ans=max(ans,query(x-,y-)+);

     if(<=x- && <=y- && !check(x-,y-)) ans=max(ans,query(x-,y-)+);

     if(x+<=n && <=y- && !check(x+,y-)) ans=max(ans,query(x+,y-)+);

     return ans;

 }

 int xx[N1],yy[N1],step[N1];

 void solve()

 {

     int i,j,x,y,ma,tmp;

     for(j=,ma=;j<=m;j++)

     {

         scanf("%d%d",&xx[j],&yy[j]);

         ma=max(ma,query(xx[j],yy[j]));

     }

     if(ma&){

     puts("YES");

     for(j=;j<=m;j++)

     {

         x=xx[j]; y=yy[j]; tmp=query(x,y);

         if(<=x- && y+<=n) if(tmp==query(x-,y+)+){ printf("%d %d\n",x-,y+); continue; }

         if(<=x- && y->=) if(tmp==query(x-,y-)+){ printf("%d %d\n",x-,y-); continue; }

         if(<=x- && <=y-) if(tmp==query(x-,y-)+){ printf("%d %d\n",x-,y-); continue; }

         if(x+<=n && <=y-) if(tmp==query(x+,y-)+){ printf("%d %d\n",x+,y-); continue; }

     }

     }else puts("NO");

 }

 int main()

 {

     int i,j,k,w,ans,x,y;

     scanf("%d%d",&m,&n);

     //if(n<=100) S1::solve(); else S2::solve();

     solve();

     return ;

 }

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