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博弈问题

2020年07月15日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

博弈

博弈本意是:下棋。引申义是:在一定条件下,遵守一定的规则,一个或几个拥有绝对理性思维的人或团队,从各自允许选择的行为或策略进行选择并加以实施,并从中各自取得相应结果或收益的过程。有时候也用作动词,特指对选择的行为或策略加以实施的过程。

一个完整的博弈应当包括五个方面的内容:
第一,博弈的参加者,即博弈过程中独立决策、独立承担后果的个人和组织;
第二,博弈信息,即博弈者所掌握的对选择策略有帮助的情报资料;
第三,博弈方可选择的全部行为或策略的集合;
第四,博弈的次序,即博弈参加者做出策略选择的先后;
第五,博弈方的收益,即各博弈方做出决策选择后的所得和所失。

而我们在计算机中,遇到博弈问题时大多数以模拟实现的方式解决问题。

真题实例

简易

对于大部分可以直接进行模拟实现的,可以直接使用暴力破解的方式解决。

高斯日记

【问题描述】大数学家高斯有个好习惯:无论如何都要记日记。
他的日记有个与众不同的地方,他从不注明年月日,而是用一个整数代替,比如:4210
后来人们知道,那个整数就是日期,它表示那一天是高斯出生后的第几天。这或许也是个好习惯,它时时刻刻提醒着主人:日子又过去一天,还有多少时光可以用于浪费呢?
高斯出生于:1777年4月30日。
在高斯发现的一个重要定理的日记上标注着:5343,因此可算出那天是:1791年12月15日。
高斯获得博士学位的那天日记上标着:8113
请你算出高斯获得博士学位的年月日。

思路:从问题本质来看,这个问题意在设计一个日期计算器,那么我们可根据高斯的生日为起点,让日记记载的天数按需加入到年月日当中,直接暴力破解得出答案。


public class GaussDiary {
	static boolean isLeapYear(int year) {
		boolean tag = false;
		if(year % 4 == 0)   tag = true;
		if(year % 100 == 0)  tag = false;
		if(year % 400 == 0)  tag = true;
		return tag;
	}
	static String day_jurge(int days) {
		String s = "";
		int year = 1777;
		int month = 4;
		int day = 30;
		int[] M = {0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
		while(day != days) {
			days--;
			if(isLeapYear(year)) {
				M[2] = 29;
			}else {
				M[2] = 28;
			}
			if(day > M[month]) {
				month++;
				if(month > 12) {
					month = 1;
					year++;
				}
				day = 0;
			}
			day++;
		}
		s = s + year +"-"+month+"-"+day;
		return s;
	}
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(day_jurge(8113));
	}
}

日期问题

对于上题,我们也可以直接延申到两日期计算差的问题上来,同理也可以使用暴力破解,唯一不同是,两日期差计算是没有基准的,那么我们可以人为制造基准,假设以1年1月1日起计算,那么两日期距离这个基准的天数相减,就是所需两日期只差了。


public class DateDifferenceMatter {
	static boolean isYearLeap(int y) {
		boolean tag = false;
		if(y % 4 == 0)
			tag = true;
		if(y % 100 == 0)
			tag = false;
		if(y % 400 == 0)
			tag = true;
		return tag;
	}
	
	static int dayCalculation(int year1,int month1,int day1,
			                  int year2,int month2,int day2) {
		return daDate(year2,month2,day2) - daDate(year1,month1,day1);
	}
	
	static int daDate(int year,int month,int day) {
		int sumdays = 0;
		int[] M = {0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
		for(int i = 1;i<year;i++) {
			sumdays += 365;
			
			if(isYearLeap(i)) {
				sumdays++;
			}
		}
		if(isYearLeap(year)) {
			M[2] = 29;
		}
		for(int i = 1;i<month;i++) {
			sumdays += M[i];
		}
		sumdays += day;
		return sumdays;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(dayCalculation(1997,12,26,2020,06,21));
	}
}

国庆节在周日

【问题描述】1949年的国庆节(10月1日)是星期六。
今年(2012)的国庆节是星期一。
那么,从建国到现在,有几次国庆节正好是星期日呢?
只要答案,不限手段!
可以用windows日历,windows计算器,Excel公式,。。。。。
当然,也可以编程!

思路:这个真题就是不限手段的,但在不使用网络的情况下,显然用日历去数,还是找计算规律,都不如直接使用编程模拟实现来的方便,同理如上题,使用暴力破解模拟实现。
我们要找那些年份国庆节在周日,只需要判断哪些年份国庆节在周日。
我们发现题目所求1949年10月2日为周日,那么只要所判断年份与1949年10月2日的差能被7整除,必定是在周日。
而日期只差仿效上题可实现。


public class NationalDayOnSunday {
	static boolean isYearLeap(int y) {
		boolean tag = false;
		if(y % 4 == 0)
			tag = true;
		if(y % 100 == 0)
			tag = false;
		if(y % 400 == 0)
			tag = true;
		return tag;
	}
	
	static int daDate(int year,int month,int day) {
		int sumdays = 0;
		int[] M = {0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
		for(int i = 1;i<year;i++) {
			sumdays += 365;
			
			if(isYearLeap(i)) {
				sumdays++;
			}
		}
		if(isYearLeap(year)) {
			M[2] = 29;
		}
		for(int i = 1;i<month;i++) {
			sumdays += M[i];
		}
		sumdays += day;
		return sumdays;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int total = 0;
		int sum = 0;
		for(int i = 1950;i<2012;i++) {
			total = (daDate(i,10,1) - daDate(1949,10,2));
			if(total % 7 == 0) {
				System.out.println(i+"年10月1日");
				sum++;
			}
		}
		System.out.println("总数:"+sum);
	}
}

取球博弈

【问题描述】今盒里有n个小球,A、B两人轮流从盒中取球。
每个人都可以看到另一个人取了多少个,也可以看到盒中还剩下多少个。
两人都很聪明,不会做出错误的判断。
每个人从盒子中取出的球的数目必须是:1,3,7或者8个。
轮到某一方取球时不能弃权!
A先取球,然后双方交替取球,直到取完。
被迫拿到最后一个球的一方为负方(输方)
编程确定出在双方都不判断失误的情况下,对于特定的初始球数,A是否能赢?

思路:同样的暴力破解模拟实现,但可以使用递归算法,将本体视为一个博弈者,完成所需完成步骤后,将下一个递归看作另外一个博弈者,如果上一个博弈者输了,那现在的博弈者就是赢了。


public class TakeBallGame {
	static boolean takeBall(int n) {
		if(n == 0)
			return true;
		
		if(n >= 1 && takeBall(n-1) == false)
			return true;
		if(n >= 3 && takeBall(n-1) == false)
			return true;
		if(n >= 7 && takeBall(n-1) == false)
			return true;
		if(n >= 8 && takeBall(n-1) == false)
			return true;
		return false;
	}
	public static void main(String[] args) {
		for(int i = 1;i<50;i++) {
			System.out.println(i+":"+takeBall(i));
		}
	}
}

诈骗赌局

【问题描述】俗话说:十赌九输。因为大多数赌局的背后都藏有阴谋。
不过也不尽然,有些赌局背后藏有的是:“阳谋”。
有一种赌局是这样的:桌子上放六个匣子,编号是1至6。
多位参与者(以下称玩家)可以把任意数量的钱押在某个编号的匣子上。
所有玩家都下注后,庄家同时掷出3个骰子(骰子上的数字都是1至6)。
输赢规则如下:
1.若只有1个骰子上的数字与玩家所押注的匣子号相同,则玩家拿回自己的押注,庄家按他押注的数目赔付(即1比1的赔率)。
2.若2个骰子上的数字与玩家所押注的匣子号相同,则玩家拿回自己的押注,庄家按他押注的数目的2倍赔付(即1比2的赔率)。
3.若3个骰子上的数字都与玩家押注的匣子号相同,则玩家拿回自己的押注,庄家按他押注的数目的10倍赔付(即1比10的赔率)。
乍一看起来,好像规则对玩家有利,庄家吃亏。但经过大量实战,会发现局面很难说,于是怀疑是否庄家做了手脚,庄家则十分爽快地说:可以由玩家提供骰子,甚至也可以由玩家来投掷骰子。
你的任务是:通过编程模拟该过程。模拟50万次,假定只有1个玩家,他每次的押注都是1元钱,其押注的匣子号是随机的。再假定庄家有足够的资金用于赔付。最后计算出庄家的盈率(庄家盈利金额/押注总金额)。

思路:暴力破解,随机数模拟骰子和人会选择的数,记录庄家赢取的金额。


public class FraudulentGambling {
	static long solution() {
		int a = (int)(Math.random() * 6 + 1);
		int b = (int)(Math.random() * 6 + 1);
		int c = (int)(Math.random() * 6 + 1);
		
		int cilence = (int)(Math.random() * 6 + 1);
		
		int n = 0;
		if(cilence == a)
			n++;
		if(cilence == b)
			n++;
		if(cilence == c)
			n++;
		
		if(n == 1)
			return -1;
		if(n == 2)
			return -2;
		if(n == 3)
			return -10;
		return 1;
	}
	public static void main(String[] args) {
		int N = 500*10000;
		int sum = 0;
		for(int i = 0;i<N;i++) {
			sum += solution();
		}
		System.out.println((double)sum/N*100 + "%");
	}
}

困难

对于相对困难,需要对字符或字符串进行操作,或者更复杂的情况,我们可以考虑使用排列组合中试探的方式实现。

填字母游戏

【问题描述】K大师在纸上画了一行n个格子,要小明和他交替往其中填入字母。

  1. 轮到某人填的时候,只能在某个空格中填入L或O
  2. 谁先让字母组成了“LOL”的字样,谁获胜。
  3. 如果所有格子都填满了,仍无法组成LOL,则平局。
    小明试验了几次都输了,他很惭愧,希望你能用计算机帮他解开这个谜。

本题的输入格式为:
第一行,数字n(n<10),表示下面有n个初始局面。
接下来,n行,每行一个串,表示开始的局面。
比如:“**”, 表示有6个空格。“L”, 表示左边是一个字母L,它的右边是4个空格。
要求输出n个数字,表示对每个局面,如果小明先填,当K大师总是用最强着法的时候,小明的最好结果。
1 表示能赢
-1 表示必输
0 表示可以逼平
例如,
输入:
4
.***
L * * L
L * * L * * * L
L * * * * * L
则程序应该输出:
0
-1
1
1

思路:使用试探,尝试填入“L”“O”,再经递归实现博弈现象,当然会返回两个不同的值,-1和0,-1说明对方输,则返回1,0说明平局,返回0,如此解决问题。

import java.util.Scanner;

public class AlphabetGame {
	static int game(String s) {
		if(s.contains("LOL"))
			return -1;
		if(s.contains("*") == false)
			return 0;
		
		boolean ping = false;
		
		char[] x = s.toCharArray();
		
		for(int i = 0;i<x.length;i++) {
			if(x[i] == '*') {
				try {
					x[i] = 'L';
					switch(game(String.valueOf(x))){
						case -1 : return 1;
						case 0: ping = true;
					}
					x[i] = 'O';
					switch(game(String.valueOf(x))){
						case -1 : return 1;
						case 0: ping = true;
					}
				}
				finally {
					x[i] = '*';
				}
			}
		}
		if(ping)
			return 0;
		return -1;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		
		int n = sc.nextInt();
		
		String[] srr = new String[n];
		for(int i = 0;i<n;i++) {
			srr[i] = sc.next();
		}
		
		for(int i = 0;i<n;i++) {
			System.out.println(game(srr[i]));
		}
	}
}

高僧斗法

【问题描述】古时丧葬活动中经常请高僧做法事。
仪式结束后,有时会有“高僧斗法”的趣味节目,以舒缓压抑的气氛。
节目大略步骤为:先用粮食(一般是稻米)在地上“画”出若干级台阶(表示N级浮屠)。
又有若干小和尚随机地“站”在某个台阶上。
最高一级台阶必须站人,其它任意。(如图所示)
两位参加斗法的法师分别指挥某个小和尚向上走任意多级的台阶,但会被站在高级台阶上的小和尚阻挡,不能越过。
两个小和尚也不能站在同一台阶,也不能向低级台阶移动。
两法师轮流发出指令,最后所有小和尚必然会都挤在高段台阶,再也不能向上移动。
轮到哪个法师指挥时无法继续移动,则游戏结束,该法师认输。
对于已知的台阶数和小和尚的分布位置,请你计算先发指令的法师该如何决策才能保证胜出。
输入数据为一行用空格分开的N个整数,表示小和尚的位置。台阶序号从1算起,所以最后一个小和尚的位置即是台阶的总数。(N<100, 台阶总数<1000)
输出为一行用空格分开的两个整数: A B, 表示把A位置的小和尚移动到B位置。
若有多个解,输出A值较小的解,若无解则输出-1。
例如:
用户输入:
1 5 9
则程序输出:
1 4
再如:
用户输入:
1 5 8 10
则程序输出:
1 3

思路:将所给数组的两数之差列成数组,会发现符合尼姆堆的特征,那么我们就可以有两种思路选择:
一、对所给数字处理成所需的尼姆堆式的数组,按照解决尼姆的方式编程解决。
二、我们可以使用试探自主走一个步数后,传入判断如果返回的是输,那么我们自主走的这个步数说明是必赢的。


public class FightingMethodOfEminentMonks {
	static boolean nim(int[] nim) {
		int sum = 0;
		for(int i=0;i<nim.length-1;i+=2) {
			sum ^= nim[i+1] - nim[i] - 1;
		}
		return sum != 0;
	}
	static void solution(int[] arr) {
		for(int i = 0;i<arr.length-1;i++) {
			for(int j = arr[i]+1;j<arr[i+1];j++) {
				int old = arr[i];
				try {
					arr[i] = j;
					if(nim(arr) == false) {
						System.out.println(old+" "+j);
					}
				}
				finally {
					arr[i] = old;
				}
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		solution(new int[] {1,5,9});
		solution(new int[] {1,5,8,10});
	}
}

火柴游戏

【问题描述】
这是一个纵横火柴棒游戏。
如图1,在3x4的格子中,游戏的双方轮流放置火柴棒。
其规则是:

  1. 不能放置在已经放置了火柴棒的地方(即只能在空格中放置)。
  2. 火柴棒的方向只能是竖直或水平放置。
  3. 火柴棒不能与其它格子中的火柴“连通”。
    所谓连通是指两根火柴棒可以连成一条直线,且中间没有其它不同方向的火柴“阻拦”。
    例如:
    图1所示的局面下,可以在C2位置竖直放置(为了方便描述格子位置,图中左、下都添加了标记),但不能水平放置,因为会与A2连通。
    同样道理,B2,B3,D2此时两种方向都不可以放置。
    但如果C2竖直放置后,D2就可以水平放置了,因为不再会与A2连通(受到了C2的阻挡)。
  4. 游戏双方轮流放置火柴,不可以弃权,也不可以放多根。
    如某一方无法继续放置,则该方为负(输的一方)。
    游戏开始时可能已经放置了多根火柴。

你的任务是:编写程序,读入初始状态,计算出对自己最有利的放置方法并输出放置后的局面。
图1的局面表示为:
00-1
-000
0100
即用“0”表示空闲位置,用“1”表示竖直放置,用“-”表示水平放置。
解法不唯一,找到任意解法即可。
例如,局面:
0111
-000
-000
的解:
-111
-000
-000
再例如,局面:
1111
横横横横
0010
的解:
1111
横横横横
0110

import java.util.Scanner;

public class MatchGame {
	static void show(char[][] srr) {
		System.out.println();
		for(int i = 0;i<srr.length;i++) {
			System.out.println(String.valueOf(srr[i]));
		}
	}
	static boolean jurge(char[][] srr) {
		for(int i = 0;i<srr.length;i++) {
			String s = new String(srr[i]).replaceAll("0", "");
			if(s.contains("--"))
				return true;
		}
		for(int i = 0;i<srr[0].length;i++) {
			String s = (""+srr[0][i]+srr[1][i]+srr[2][i]).replaceAll("0", "");
			if(s.contains("11"))
				return true;
		}
		for(int i = 0;i<srr.length;i++) {
			for(int j = 0;j<srr[i].length;j++) {
				if(srr[i][j] == '0') {
					try {
						srr[i][j] = '1';
						if(jurge(srr) == false)
							return true;
						srr[i][j] = '-';
						if(jurge(srr) == false)
							return true;
					}
					finally {
						srr[i][j] = '0';
					}
				}
			}
		}
		return false;
	}
	
	static void solution(char[][] srr) {
		for(int i = 0;i<srr.length;i++) {
			for(int j = 0;j<srr[0].length;j++) {
				if(srr[i][j] == '0') {
					try {
						srr[i][j] = '1';
						if(jurge(srr) == false) {
							show(srr);
							return;
						}
						srr[i][j] = '-';
						if(jurge(srr) == false) {
							show(srr);
							return;
						}
					}
					finally {
						srr[i][j] = '0';
					}
				}
			}
		}
		System.out.println("you loset!");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		
		char[][] match = new char[3][];
		
		match[0] = sc.nextLine().trim().toCharArray();
		match[1] = sc.nextLine().trim().toCharArray();
		match[2] = sc.nextLine().trim().toCharArray();
		
		solution(match);
	}
}




我们日常生活中还有很多经典的博弈问题,他们同样可以使用上面的方法进行编程解决。

三姬分金

【问题描述】三个妃子分金币,韩非子规定:A、B、C三人分100枚金币,按顺序提议A->B->C,如果提议未获半数以上通过,半数以上不包括半数,提议人就要被处死。
处死后,剩下的人继续提议,如果通过了,即获得半数以上通过,不包括半数。
前提是:1、三个妃子都是绝对聪明的,会以如何让自己获得最大利益为目标。
2、人性本恶,三人都是邪恶的,不会考虑他人生命安全。

那么在这样的规则下,谁是最危险的?假设你是A你会怎么提议?

抢20游戏

【问题描述】由两个人玩抢"20"的游戏,游戏规则是这样的,第一个先说"1"或"1,2",第二个人要接着往下说一个或两个数,然后轮到第一个人,再接着往下说一个或两个数,这样两个人反复轮流,每次每人说一个或两个都可以,但是不可以连说三个数,谁先抢到20,谁就获胜你认为这个游戏公平吗?(1)若不公平,它偏向哪个报数人?(2)让你先说,你有必胜的把握吗?说出你获胜的策略

本文地址:https://blog.csdn.net/qq_40893595/article/details/106899036

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