Atropos:仍然具有可玩性的状态共用型组合游戏

  
    有这样的一类组合游戏,对于任一个游戏局面,游戏双方的合法决策都完全一样,游戏对战双方的唯一区别就是看谁先走。这样的游戏叫做Impartial Games。像什么报数啊,取火柴啊,取石子啊,这些游戏都属于Impartial Games;而象棋、围棋等要分棋子颜色的游戏则不属于Impartial Games。共享状态的游戏几乎没有可玩性,因为游戏开始前我们就能知道谁赢谁输(如果双方均使用最佳策略)。棋局的任一状态只有两种,面对这个棋局的人要么必胜要么必败。考虑这样的一个递推关系:如果一个状态是必胜态,那至少有一种走法能走成一个必败态留给对方;如果一个状态是必败态,那它怎么走都只能走到必胜态。运用这样的关系,我们可以自底向上推出初始状态是必胜还是必败。
    近来有人提出一个名为Atropos的游戏,它就是一个即使计算机也很难办的Impartial Game,它能保证这个游戏仍然具有可玩性。游戏在一个Sperner三角形上进行,上图就是一个边长为7的Sperner三角形。游戏开始后,双方依次在白色的圆圈里涂上红色、绿色或者蓝色,已经涂过颜色的圆圈不能再涂色。另外,只要有可能,所涂的圆圈都必须紧挨着上次对方涂的那个圆圈。谁先涂出三种颜色都有的小三角形,谁就输掉这场游戏。

  
    注意这个游戏是不可能出现平局的。当所有白色圆圈全部涂上了颜色后,至少会出现一个红绿蓝小三角形。为了证明这一点,我们可以在所有的绿色和红色圆圈中间画一个箭头,红的在箭头右边,绿的在箭头左边。这些箭头一定组成了一条一条的路径,它们既不会交汇也不会分岔。但整个图的边界上进来的箭头有4个,出去的箭头只有3个,于是至少有一条路径在里面走死了,也即迎面碰上了蓝色的圆圈。这样,我们就找到了一个红绿蓝三色都有的小三角形。

    这个游戏虽然属于Impartial Games,但它仍然具有可玩性。从直觉上看,这个游戏中的先手后手几乎没有区别,谁也不占优势。这篇论文则严格证明了,判断Atropos游戏的最佳策略属于PSPACE-complete,这是所有使用多项式空间的问题中最难的一类,所有使用多项式空间的问题都可以(在多项式的时间内)约化到它。这说明,Atropos游戏没有什么很显然的“决窍”,即使利用计算机也很难确定最优决策。

在线游戏:http://cs-people.bu.edu/paithan/spernerGame/SpernerGame.html (Java Applet)
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