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。