解决图形游戏

我在编程比赛(Andrew Stankevich Contest 21)的一个问题上挣扎了一段时间,这个比赛如下所示:

尼克和彼得喜欢玩下面的游戏[...]。 他们在一张纸上绘制一张无向二分图G,并将一个标记放置在其顶点之一上。 之后,他们轮流做出动作。 尼克先动。

移动包括沿着图形边缘移动令牌。 在它之后,移动之前令牌所在的顶点以及与之相关的所有边将从图中移除。 没有有效动作的玩家会失去比赛。

给出图表,现在的任务是找到给定的开始节点,如果两个玩家最佳地玩,起始玩家是赢还是输。 总结

  • 二分图
  • 我们给出了开始节点(比如左侧)
  • 我们轮流移动,一个移动由一个边沿组成,但我们无法访问已经访问的节点
  • 不能移动的玩家失去
  • 由于图形是双向的,因此尼克(第一个玩家)将总是从左侧移除一个节点,彼得总是会从右侧移除一个节点。

    该图可以有多达1000个节点(每边最多500个)和50000个边,所以需要一个好的多项式时间算法(这里的时间限制是2秒来解决所有的起始位置,但我认为我们可以分享很多不同起始位置之间的信息)。

    我敢肯定,这可以归结为某种顶点覆盖或包装问题,因为图形是双向的,但是我找不到与这些关联的策略。

    我知道一个特例的解决方案:假设双方分别有n1和n2个顶点。 如果匹配的大小为min(n1,n2),并且较小一侧的玩家开始比起存在一个获胜策略:他只需要遵循匹配的边缘并自动获胜。

    有任何想法吗?


    主张。 尼克(第一个球员)从顶点v开始,如果这个顶点属于给定图形的每个可能的最大匹配的话。 我们将分两步证明。

  • 如果没有v情况下有最大匹配,Nick会丢失。
    事实上,由于匹配是最大的,所以没有从v增加的路径。 这意味着从v每条简单的奇长路径都可以被匹配的边缘延长。 就我们的问题而言,这意味着在尼克的每一步之后,彼得都可以继续比赛。

  • 如果没有v没有最大匹配,尼克赢。
    考虑任何可能的最大匹配。 沿v匹配的边缘从vu ,比如u 。 现在,初始匹配减去边缘uv是剩余图形的最大匹配,其不包含u 。 正如我们从第一步所知道的那样,现在移动的球员(彼得)不知所措。


  • 至于实现,我们可以首先使用直接算法(参见这里的示例实现)在O(VE)中构造最大匹配 - 证明通用名称是库恩增广路径算法。

    之后,您保持最大匹配并查看每个顶点。 如果顶点v (如v )目前不在匹配中,那么Nick会丢失。 如果是,则从匹配中删除相应的边(比如说vu ,暂时禁止顶点v ,然后在O(E)中从u中搜索增强路径。 如果你没有找到这样的路径,尼克赢了,你必须恢复你删除的边缘。 否则,尼克再次失去,新的最大匹配可以保持不变。 总运行时间再次为O(VE)。


    可爱的问题。 我相信预期的解决方案是计算最大匹配,然后确定哪些左顶点属于每个最大匹配。 这是第一名球员的胜利。

    获胜策略是选择属于最大匹配的边。 如果开始顶点v属于每个最大匹配,则由玩家1选择的边e的另一个端点w不属于该图的每个最大匹配减v(因为v属于每个最大匹配,最大值的基数删除后匹配减1,所以由于e属于某个最大匹配M,所以M-e在新图中是最大的,并且使e的另一个端点不匹配)。 相反,如果存在v不属于的最大匹配,则其所有邻居w都属于图的所有最大匹配减v(否则,找到没有w的最大匹配并将v从边到w添加边,矛盾当我们删除v时,匹配的最大基数没有减少的假设)。

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