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拿骰子游戏中的数学原理
游戏高手速成班:用数学玩转“拿骰子”,让你立于不败之地!
你是否曾在聚会或休闲时玩过这样一个小游戏:桌上摆着几堆石子(或骰子、硬币),两个人轮流从中取物,每次只能从一堆里拿,数量不限,谁拿到最后一个谁就赢了。
这个看似简单的游戏,其实背后隐藏着精妙的数学原理。它在博弈论中被称为“尼姆游戏”(Nim Game)。今天,我们就以一个经典布局——三行分别为 3, 5, 7 个骰子——为例,为你揭示其中的必胜秘诀。无论你是想赢得游戏,还是想给朋友们秀一把“神机妙算”,这篇文章都是你的终极指南!
异或(XOR)
在正式开始游戏前,我们先介绍一下什么是 Nim 和,也就是异或(XOR): 异或(XOR)是一种按位的运算:逐个二进制位比较,相同为0,不同为1。你可以把它理解成“二进制不进位加法”或“每一列数1的个数,奇数写1、偶数写0”。
怎么按位算
单个位的规则:0⊕0=0,0⊕1=1,1⊕0=1,1⊕1=0。 多位数:把数写成二进制,按位应用上面的规则即可。 两种心法
不进位加法:像加法那样逐位相加,但完全不产生进位。 奇偶计数:在每一位上数1的个数,奇数个就写1,偶数个写0。
在了解了如何计算 XOR 后我们正式开始游戏。
米赛尔 Nim
标准的 Nim 游戏是最后一个拿完的人获胜,但是这种玩法先手有必胜的法则,为了公平起见,现在大部分玩的都是米赛尔 Nim,即最后拿完的玩家为输,这样后手玩家在先手玩家失误的情况下是能够反败为胜的。要点只有一个:除了一种临门一脚的例外,其余时候完全按普通 Nim 下法来走。
结论
- 3,5,7 的开局在“先拿完者输”的规则下,先手依然有必胜法。
通用策略
- 只要局面里还存在至少一堆大于 1,就按普通 Nim 操作:把三堆大小做异或 S;在某一堆 a 上把它减到 a⊕S(一定更小),使总异或变为 0。
- 例外(临门一脚):当只剩下一堆>1,其他全是 1 时,别再按“异或归零”,而是调节“1”的个数,让对手在他回合面对“奇数个 1”。
- 设当前有 m 个“1”。若 m 为偶数,把那一堆减到 1(留下 m+1 个 1,奇数);
- 若 m 为奇数,把那一堆直接拿空(留下 m 个 1,奇数)。 对手面对奇数个 1 时,必然最终拿到最后一个而输。
- 若某回合你一上来看到“全是 1”:偶数个 1 为必胜(拿走一个,留奇数给对手);奇数个 1 为必败(对手完美不失误则你无解)。
从 3,5,7 的简洁必胜起手
- 任取其一,使异或归零:例如把 7 减到 6,局面变 3,5,6(异或为 0);或把 5→4 得 3,4,7;或把 3→2 得 2,5,7。
示例一条完整思路
- 先手:3,5,7 → 3,5,6(使 S=0)。
- 若对手走 6→4,成 3,5,4。你按 Nim:3→1,得 1,5,4(S=0)。
- 若对手走 5→3,成 1,3,4。你走 4→2,得 1,3,2(S=0)。
- 若对手走 3→2,成 1,2,2。你走 1→0,得 0,2,2(S=0)。
- 若对手走 2→1,成 0,2,1。此时“只剩一堆>1 且 m=1(奇)”,套用例外:把 2 直接拿空,留 0,0,1 给对手。对手被迫拿最后一个而输。
牢记:一路保持“异或为 0”,直到只剩一堆>1,按上面的奇偶规则把它处理掉,就能立于不败之地。

