Задание №21 — Теория игр

Решение:

Напомним условие игры из задания 19. Перед игроками одна куча камней, игроки ходят по очереди, первым ходит Петя. За один ход игрок может добавить в кучу один камень или увеличить количество камней в куче в два раза. Игра заканчивается в тот момент, когда количество камней в куче становится не менее 153; побеждает тот, кто сделал последний ход. В начальный момент в куче $S$ камней, $1 \le S \le 152$.

Классифицируем позиции (ходит тот, чья очередь):

• $W_1$ — ходящий выигрывает своим первым ходом, то есть одним ходом заканчивает игру;
• $L_1$ — ходящий сразу выиграть не может, а любой его ход отдаёт сопернику позицию из $W_1$; значит, соперник выигрывает своим первым ходом;
• $W_2$ — ходящий сразу выиграть не может, но у него есть ход в $L_1$, поэтому он выигрывает своим вторым ходом;
• $L_2$ — ходящий сразу выиграть не может, и каждый его ход ведёт в $W_1$ или в $W_2$; значит, соперник выигрывает первым или вторым своим ходом.

Первым ходит Петя, поэтому два условия задачи вместе означают: стартовая позиция принадлежит $L_2$, но не принадлежит $L_1$ — иначе Ваня гарантированно выигрывал бы первым ходом. Нужно наименьшее такое $S$. Проще всего перебрать все $S$ программой, вычисляя $W_1$, $L_1$, $W_2$, $L_2$ прямо по этим определениям:

N = 153

def moves(s):
    return [s + 1, 2 * s]

def over(s):
    return s >= N

def win1(p):                  # ходящий выигрывает своим первым ходом
    return any(over(q) for q in moves(p))

def lose1(p):                 # соперник выигрывает своим первым ходом
    return not win1(p) and all(win1(q) for q in moves(p))

def win2(p):                  # ходящий выигрывает своим вторым ходом
    return not win1(p) and any(lose1(q) for q in moves(p))

def lose2(p):                 # соперник выигрывает первым или вторым ходом
    return not win1(p) and all(win1(q) or win2(q) for q in moves(p))

for s in range(1, 153):
    if lose2(s) and not lose1(s):
        print(s)
        break

Перебор идёт по возрастанию $S$, поэтому первое напечатанное значение и есть минимальное: $S = 74$. Проверим его вручную. Из стартовой позиции $74$ Петя может получить:

• $75$ — здесь Ваня сразу выиграть не может, поэтому он отвечает ходом в $76$. Эта позиция проигрышная для Пети: куда бы он ни пошёл, Ваня своим вторым ходом доводит игру до конца (из $77$ — в $154$; из $152$ — в $153$);
• $148$ — Ваня выигрывает сразу: одним ходом он получает $296$, а это уже не меньше 153.

Значит, при любой игре Пети Ваня выигрывает первым или вторым ходом. Гарантировать выигрыш именно первым ходом он не может: Пете достаточно сделать тот ход, после которого Ване приходится тратить второй ход. Оба условия выполнены.

Ответ: 74