poj 1067 取石子游戏(博弈+威佐夫博奕(Wythoff Game))

取石子游戏
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Description

有两堆石子,数量任意,可以不同。游戏开始由两个人轮流取石子。游戏规定,每次有两种不同的取法,一是可以在任意的一堆中取走任意多的石子;二是可以在两堆中同时取走相同数量的石子。最后把石子全部取完者为胜者。现在给出初始的两堆石子的数目,如果轮到你先取,假设双方都采取最好的策略,问最后你是胜者还是败者。

Input

输入包含若干行,表示若干种石子的初始情况,其中每一行包含两个非负整数a和b,表示两堆石子的数目,a和b都不大于1,000,000,000。

Output

输出对应也有若干行,每行包含一个数字1或0,如果最后你是胜者,则为1,反之,则为0。

Sample Input

2 1
8 4
4 7

Sample Output

0
1
0

Source

NOI

思路:

定理 0:一个状态是必败态,当且仅当它的所有后继状态都是必胜态;而一个状态是必胜态,只要它的后继状态有一个以上的必败态即可。

证明略去。

容易发现下面的定理:

定理 1:(a,b) 和 (b, a) 的胜负性是相同的(a <> b)。

证明:如果 (a, b) 是必胜态,那么将必胜策略中所有的操作,对第一堆的变为第二堆,对第二堆的变为第一堆,就构成 (b, a) 的必胜策略

定理 2:若 (a, b) 是必败态,则对于所有的 x <> a 和 y <> b,(x, b) 和 (a, y) 是必胜态。

证明:

对于 x > a 和 y > b,不管是哪一种情况,总可以从 x 堆或 y 堆中取出一定量的石子使当前状态变为必败态 (a, b),由定理 1,(x, b) 和 (a, y) 为必胜态。

对于 x < a 和 y < b,不管是哪一种情况,如果 (x, b) 或 (a, y) 是必败态的话,由上述可得 (a, b) 是必胜态,矛盾。故 (x, b) 和 (a, y) 均为为必胜态。

定理 3: 若 (a, b) 是必败态,则对于所有的 d > 0,(a + d, b + d) 是必胜态。

证明:

与定理 2 类似。

定理 4:在所有的必败态中,每个数字恰巧出现一次。

证明:

 

有了定理 1,对于对称的状态我们只需要处理其中一个,而两个数不会相同(相同的状态必然是必胜态),于是我们把每个状态中较小的数字放在前面,每行写一个状态,去掉括号并按照升序排列每行的第一个数,就构成了如下的矩阵:

1  2

3  5

4  7

6  10

……

观察这个矩阵,我们又可以得到新的定理:

定理 5:矩阵中每行第一个数恰巧是前面每一行中没有出现过的最小正整数。

定理 6:矩阵第 i 行的第二个数正好为第一个数加上 i


定理 7(Betty 定理):如果存在正无理数 A, B 满足 1/A + 1/B = 1,那么集合 P = { [At], t ∈ Z+}、Q = { [Bt], t ∈ Z+} 恰为集合 Z+ 的一个划分,即:P ∪ Q = Z+,P ∩ Q = 空。

证明:暂时略去,将来补充。

考虑到 Betty 定理中“恰为 Z+ 的划分”这一说,这意味着,Z+ 中的每个数都恰好出现一次,这与上述矩阵的性质十分吻合。于是我们猜想每一行第一列的数满足 [Φi] 的形式。

于是我们得到每一行第二列的数为 [Φi] + i = [Φi + i] = [(Φ + 1)i]

我们的目的是要让 Z+ 中每个数都在这个矩阵中出现,于是考虑到 Betty 定理的条件,Φ 和 (Φ + 1) 应满足 1/Φ + 1/(Φ + 1) = 1。解这个方程,我们得到 Φ = (sqrt(5) + 1) / 2,于是 Φ + 1 = (sqrt(5) + 3) / 2。

Φ 恰为黄金分割比,这是多么令人惊奇的结论!

于是应用 Betty 定理,我们得到最终我们需要的定理:

定理 8:上述矩阵中每一行第一列的数为 [Φi],第二列的数为 [(Φ + 1)i],其中 Φ = (sqrt(5) + 1) / 2 为黄金分割比。

证明:由 Betty 定理显然得证。


#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
int a,b;
int main()
{
  while(cin>>a>>b)
  {
    if(a>b)a^=b,b^=a,a^=b;
    b-=a;b=(int)b*((sqrt(5.0)+1.0)/2.0);
    if(b==a)cout<<0<<"\n";
    else cout<<1<<"\n";

  }
}




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