海盗分金问题

题目描述

  有5个海盗1、2、3、4、5,得到100个金币,决定分掉,分法怪异:首先A提出分法,B~E表决,如果不过半数同意,就砍掉A的头。然后由B来分,C~E表决,如果不过半数同意,就砍掉B的头。依次类推,如果假设强盗都足够聪明,在不被砍掉头的同时获得最多金币。问:最后结果如何?

定义问题

  5个海盗必须按照上述规则,找出最优分配方案,否则将被其他人扔下大海。

当前状态

  正确分配方案还没出来,必须尽快找出最优解。

分析

  典型的nim取子问题的变形,采用倒推方式即可找出最优解。

制定解决方案

  倒推方法如下所示。

  (1)如果只有海盗,如何分配?

  (2)如果有两个海盗,如何分配?

  (3)如果有n个海盗,每个海盗至少需要几个人同意?找出n-1个海盗情况下的分配方案中,需要收买多少海盗?最低需要多少金币?

实现解决方案

  倒推方法实现如下表所示,每一行表示一张人数情况下的分配方案,即,最后一行给出5号海盗的分配方案。

  

  注意:从表中可以看出聪明是大前提,当然残忍也是。nim取子游戏向来是君子游戏,没有这个前提的弧,后面的海盗不按套路出牌就不可能有最优解。

标准化解决方案

  从上表不难看出规律,也即,自己拿尽可能多的金币,同时保证后面的人依次分配0、1交错的金币数。规范化命题如下:

  *命题:假设对于n个聪明、残忍的海盗(n>=1),抢了Gold个金币,要进行分配,每个人都想分配足够多的金币,他们寸步不让。分配顺序是:n号海盗>n-1号海盗….1号海盗,即是:先由n号海盗决定如何分配,若分配不均,n号被杀死,n-1号海盗再决定如何分配,依次类推。在该规则下,n号海盗最佳分配方案应当如此(为简单,避免使用地板函数,按n为奇偶数分类讨论):

  不妨假设ones为得到1个金币好海盗,zeros为得到0个金币的海盗数。

  (1)当n为奇数时,ones = zeros = (n – 1) / 2,分配方案为Gold-ones,0,1,…….,0,1

  (2)当n为偶数时,ones = (n – 2) / 2, zeros = n / 2,分配方案为Gold – ones,0,1,……1,0

  该命题从上述分析中的规律中得出,不是定理,更不是公理,作为标准化解决方案需要严格证明。

  证明:

  注释:使用跳跃数学归纳法证明,跳跃的step为2。

  先证明n为奇数时命题是否成立。

  当n = 1时,显然该命题成立

  假设当n = m(m > 1)时命题成立,则分配方案为

  Ones(m) = Zeros(m) = ( m – 1) / 2

  Proposa(m) = Gold – Ones(m),0,1,……,0,1

  = Gold – (m – 1) / 2, 0,1…..,0,1

  当n = m + 1时,显然命题成立,理由如下

  Ones(m + 1) = (m + 1 – 2) / 2 = (m – 1) / 2,Zeros(m + 1) = (m + 1) / 2

  注意:

  (a)m+1为偶数,计算ones和zeros需要换个公式

  (b)对比n=m情形,仅仅是多了个0

  Proposal(m + 1) = Gold – Ones(m + 1), 0, 1,…..,0, 1, 0

  = Gold – (m – 1)/2,0, 1, ……., 0, 1, 0

  对比Ones(m), Ones(m + 1), Zeros(m), Zero(m + 1)可以看出仅仅是在Proposal(m)序列后面添个0。这回导致Proposal(m + 1)与Proposal(m)两个序列中,0,1交错序列刚好错位,对应金币分配方案中则为:m+1号海盗分配方案就是把Proposal(m)中没有得到金币的人每个给1个金币实现自己金币最大化,同时保证同意的人数大于等于2.

  综上所述,当n为奇数时,该命题成立。

  再证明n为偶数时命题是否成立。

  当n = 2,命题成立(大于的最小偶数只能2)

  归纳方法同1.

  综合1、2分析,该命题成立。

  证毕。

该标准化解决方案用程序实现如下

  说明:该程序考虑了金币数量远小于海盗数量时,最先出来分配的部分海盗都被杀死了。

  1 #include <stdio.h>
  2 
  3 const int g_first = 2;
  4 const int g_zero = 0;
  5 const int g_one = 1;
  6 
  7 int print_proposal(int *gold, int *pirate, int *ones, int *zeros, int *status) 
  8 {
  9     int    ret = 1;
 10     int    number = 0;
 11     int remain = *gold - *ones;
 12     if (*pirate <= 0) 
 13     {
 14         printf(".
");
 15         return 0;
 16     }
 17     if (remain <= 0) 
 18     {
 19         number = 0;     /* not enough gold, killed by others, regenerate proposal */
 20         ret = 1;        /* conitnue */
 21         
 22         /* regenerate proposal */
 23         if (*pirate % 2 == 0) 
 24         {
 25             *ones = (*pirate - 2) / 2;
 26             *zeros = *pirate / 2;
 27         } 
 28         else 
 29         {
 30             *ones = *zeros = (*pirate - 1) / 2;
 31         }
 32     } 
 33     else if (*status == g_one) 
 34     {
 35         number = 1;
 36         *ones--;
 37         *status = g_zero;
 38     } 
 39     else if (*status == g_zero) 
 40     {
 41         number = 0;
 42         *zeros--;
 43         *status = g_one;
 44     } 
 45     else {
 46         number = remain;
 47         *status = g_zero;
 48     }
 49     if (*status != g_first && *ones <= 0 && *zeros <= 0) 
 50     {
 51         ret = 0;
 52     }
 53     
 54     printf("%d ", number);
 55     *pirate = *pirate - 1;
 56     
 57     return ret;
 58 }
 59 
 60 int main()
 61 {
 62     int    gold;
 63     int pirate;
 64     int ones;
 65     int zeros;
 66     int temp;
 67     int status;         /* process first, zero or one */
 68     printf("Please Enter gold and pirate number:
");
 69     while (scanf("%d %d", &gold, &pirate) == 2) 
 70     {
 71         if (pirate < 1 || gold < 1)
 72         {
 73             break;
 74         }        
 75         if (pirate % 2 == 0) 
 76         {
 77             ones = (pirate - 2) / 2;
 78             zeros = pirate / 2;
 79         } 
 80         else 
 81         {
 82             ones = zeros = (pirate - 1) / 2;
 83         }
 84         
 85         status = g_first;
 86         printf("Proposal(%d, %d) is: ", gold, pirate);
 87         temp = pirate;
 88         while (print_proposal(&gold, &temp, &ones, &zeros, &status))
 89             ;
 90         
 91         if(pirate == 1)
 92         {
 93             printf(".
");
 94         }
 95         
 96         printf("
");
 97         printf("Please Enter gold and pirate number:
");
 98     }
 99     return 0;
100 }

  

决定下一步

  本问题到此为止,暂时没有下一步动作。

总结

  这个结论告诉我们:

  (1)最先掌握分配权的人,看似最危险,胆小的人可能会担心所有人都不支持你,你就只能被杀死了。其实,他优先掌握了主动权,天下武功,唯快不破,掌握市场先机很重要。

  (2)越快越好,但不能快过了头。100个金币,1000个海盗的话,最先出来分配的人必然死掉。同样的,20年前搞酒店搜索,率先占据了主动权,快得一塌糊涂那也没戏。

   


  该题目源自:微博陈利人。

  这是菜鸟我见这个问题分析的很透彻的一个帖子,感谢原作者。

  解答引自:http://blog.losthit.com/archives/pirate-and-gold/

Published by

风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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