——经典智力题推而广之一 $ H) D, j3 F0 ~0 N
(本帖改编自《科学美国人》杂志中IanStewart的《凶猛海盗的逻辑》) 8 o8 K5 Q' N+ m2 A3 w9 M0 b& l
! J, |- a c# {/ c% C* B* s) W. C 海盗,大家听说过吧。这是一帮亡命之徒,在海上抢人钱财,夺人性命,干的是刀头上舔血的营生。在我们的印象中,他们一般都瞎一只眼,用条黑布或者讲究点的用个黑皮眼罩把坏眼遮上。他们还有在地下埋宝的好习惯,而且总要画上一张藏宝图,以方便后人掘取。不过大家是否知道,他们是世界上最民主的团体。参加海盗的都是桀骜不驯的汉子,是不愿听人命令的,船上平时一切事都由投票解决。船长的唯一特权,是有自己的一套餐具——可是在他不用时,其他海盗是可以借来用的。船上的唯一惩罚,就是被丢到海里去喂鱼。 h: X' N3 n6 Q" N
' \( t5 S: c6 N m7 i 现在船上有若干个海盗,要分抢来的若干枚金币。自然,这样的问题他们是由投票来解决的。投票的规则如下:先由最凶猛的海盗来提出分配方案,然后大家一人一票表决,如果有50%或以上的海盗同意这个方案,那么就以此方案分配,如果少于50%的海盗同意,那么这个提出方案的海盗就将被丢到海里去喂鱼,然后由剩下的海盗中最凶猛的那个海盗提出方案,依此类推。
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. S& B8 q2 b! h* N/ l 我们先要对海盗们作一些假设。
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0 }0 d9 K0 c3 ] 1) 每个海盗的凶猛性都不同,而且所有海盗都知道别人的凶猛性,也就是说,每个海盗都知道自己和别人在这个提出方案的序列中的位置。另外,每个海盗的数学和逻辑都很好,而且很理智。最后,海盗间私底下的交易是不存在的,因为海盗除了自己谁都不相信。 % A1 s, m5 x' d# R p
2) 一枚金币是不能被分割的,不可以你半枚我半枚。 : K8 Z% v* I; H) O$ [3 L
3) 每个海盗当然不愿意自己被丢到海里去喂鱼,这是最重要的。
+ B- b% q0 q5 L# a8 O( [( @ 4) 每个海盗当然希望自己能得到尽可能多的金币。 / Y& v; D! R# T: Z( _" a# ^
5) 每个海盗都是现实主义者,如果在一个方案中他得到了1枚金币,而下一个方案中,他有两种可能,一种得到许多金币,一种得不到金币,他会同意目前这个方案,而不会有侥幸心理。总而言之,他们相信二鸟在林,不如一鸟在手。 ; J- Y; q& c/ d2 k" v& Z
6) 最后,每个海盗都很喜欢其他海盗被丢到海里去喂鱼。在不损害自己利益的前提下,他会尽可能投票让自己的同伴喂鱼。
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现在,如果有10个海盗要分100枚金币,将会怎样? [eWebSoft_NextPage]
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要解决这类问题,我们总是从最后的情形向后推,这样我们就知道在最后这一步中什么是好的和坏的决定。然后运用这个知识,我们就可以得到最后第二步应该作怎样的决定,等等等等。要是直接就从开始入手解决问题,我们就很容易被这样的问题挡住去路:“要是我作这样的决定,下面一个海盗会怎么做?” & g0 f. A/ G3 _" R" L( i& e
2 d- M" l; q+ o* T. E5 A* ~8 W 以这个思路,先考虑只有2个海盗的情况(所有其他的海盗都已经被丢到海里去喂鱼了)。记他们为P1和P2,其中P2比较凶猛。P2的最佳方案当然是:他自己得100枚金币,P1得0枚。投票时他自己的一票就足够50%了。
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4 o5 A7 z0 Y/ r+ w; I$ l- I 往前推一步。现在加一个更凶猛的海盗P3。P1知道——P3知道他知道——如果P3的方案被否决了,游戏就会只由P1和P2来继续,而P1就一枚金币也得不到。所以P3知道,只要给P1一点点甜头,P1就会同意他的方案(当然,如果不给P1一点甜头,反正什么也得不到,P1宁可投票让P3去喂鱼)。所以P3的最佳方案是:P1得1枚,P2什么也得不到,P3得99枚。 , T) I: F6 E9 w( P* \& P4 U3 @
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P4的情况差不多。他只要得两票就可以了,给P2一枚金币就可以让他投票赞同这个方案,因为在接下来P3的方案中P2什么也得不到。P5也是相同的推理方法只不过他要说服他的两个同伴,于是他给每一个在P4方案中什么也得不到的P1和P3一枚金币,自己留下98枚。 5 m# J# y9 x' ], R! O( H B5 b
+ e& z6 c* M9 Z5 n2 ] T 依此类推,P10的最佳方案是:他自己得96枚,给每一个在P9方案中什么也得不到的P2,P4,P6和P8一枚金币。
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) h" S8 a8 q/ p& L) v8 o; s! d* D 下面是以上推理的一个表(Y表示同意,N表示反对):
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% R: a ?, @: ?* h: A P1 P2
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N Y : G+ Y. E) U2 D, @4 n( @! L* J
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P1 P2 P3 6 w/ m% a5 |2 I' s6 n# `; ]9 ^) O x
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P1 P2 P3 P4 P5
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P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10
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6 S8 G2 [8 T8 n5 F 现在我们将海盗分金问题推广:
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$ A0 h+ Y1 `1 w/ o$ f8 t8 d 1) 改变一下规则,投票中方案必须得到超过50%的票数(只得到50%票数的方案的提出者也会被丢到海里去喂鱼),那么如何解决10个海盗分100枚金币的问题?
4 ^% b+ {/ c" ] T+ w0 k: ~ 2) 不改变规则,如果让500个海盗分100枚金币,会发生什么? 1 x4 k/ S$ u, b) |! n: ?0 y1 k
3) 如果每个海盗都有1枚金币的储蓄,他可以把这枚金币用在分配方案中,如果他被丢到海里去喂鱼,那么他的储蓄将被并在要分配的金币堆中,这时候又怎样? 2 [+ K) Q( x& u- @- b) N s
w2 U2 s. d& s# ]/ H 通过对规则的细小改变,海盗分金问题可以有许多变化,但是最有趣的大概是1)和2)(规则仍为50%票数即可)的情况,本帖只对这两种情况进行讨论。 # S/ e R' z8 b7 E
9 a. Y" H0 O! _5 [9 C 首先考虑1)。现在只有P1和P2的情形变得对P2其糟无比:1票是不够的,可是就算他把100枚金币都给P1,P1也照样会把他丢到海里去。可是P2很关键,因为如果P3进行分配方案的话,即使他一枚金币也不给P2,P2也会同意,这样一来P3就有P2这张铁票!P3的最佳方案就是:独吞100枚金币。 5 m: x" p# J- @6 V- ?
0 o& x0 Q- Y! P; a: a P4要3张票,而P3是一定反对他的,而如果不给P2一点甜头,P2也会反对,因为P2可以在P3的方案中得救,目前为什么不把P4丢到海里呢?所以要分别给P1和P2一枚金币,这样P4就有包括他自己1票的3票。P4的方案为:P1,P2每人1枚金币,他自己98枚。 7 d% a+ x( \9 P/ f
* g) ]; K; ^9 }4 C P5的情况要复杂点,他也要3票。P4是会反对他的,所以不用给,给P3一枚金币就能使他支持自己的方案,因为在接下来的P4方案中他什么也得不到。问题是P1和P2:只要其中有一个支持就可以了。可是只给1枚金币是不行的,P4方案中他们一定有1枚金币可得,所以只要在他们中随便选一个,给2枚金币,另一个就对不起了,不给。这样P5的方案是:自己97枚,P3得1枚,P1或P2得2枚。
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P6的方案建立在P5的上面,只要给每个P5方案中不得益的海盗1枚金币。要注意的是,P1和P2都应该看作在P5方案中不得益的:他们可能得2枚,可是也可能1枚不得,所以只要P6给他们1枚金币,根据“二鸟在林,不如一鸟在手“的原则,就可以让他们支持P6的方案。所以P6的方案是唯一的:P1,P2,P4每人1枚金币,P6自己拿97枚。 $ ~' ?" b0 J9 g" P# z/ Z( `: _
! u0 Z9 [# T9 j 这样继续下去,P9的方案是:P3,P5,P7每人1枚金币,然后在P1,P2,P4,P6中任选一人给2枚金币,P9自己得95枚。最后,P10的方案是唯一的:P1,P2,P4,P6,P8每人1枚金币,P10自己得95枚。
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2)是最有趣的(提醒:我们回到50%票即可的规则)。原题解中的推理过程直到200个海盗都是成立的:P200给每个偶数号的海盗1枚金币,包括他自己,其他海盗什么也得不到。从P201开始,继续推理就变得有点困难了:P201为了不被丢到海里去,必须什么也不留给自己,而给从P1到P199中所有奇数号海盗每人1枚金币,从而争取到100票,加上他自己1票,逃过一劫。P202也什么都得不到,他必须用这100枚金币买通100个从P201的方案中什么也得不到的海盗,要注意到现在这个方案不是唯一的:P201的方案中得不到金币的海盗是所有奇数号的海盗,有101个(包括P201),所以有101种方案。
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P203必须得到102票,除了自己的1票外,他只有100枚金币,所以只能买到100票,所以可怜的家伙就被丢到海里喂鱼了。但是,P203是个很重要的角色,因为P204知道如果自己的方案不被通过,P203也一样会完蛋,所以他有P203的一张铁票。所以P204可以大出一口气:他自己一票,加上P203一票,然后加上用100枚金币买的确100票,他就得救了!100个有幸得到1枚金币的海盗,可以是P1到P202中任何100个:因为其中的偶数号的从P202的方案中什么也得不到,如果P204给他们中某个海盗1枚金币,这个海盗一定会赞同这个方案;而编号为奇数的海盗呢,只是有可能从P202的方案中得益罢了(可能性为100/101),所以根据“二鸟在林,不如一鸟在手“的原则,如果能得到1枚金币,他也会赞同这个方案。
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接下去P205是不能把希望放在P203和P204这两张票上的,因为就算他被丢到海里去,P203和P204还可以通过P204的方案机会活下来。P206虽然可以靠P205的铁票,加上自己1票和100枚金币搞到的100票,只有102票,所以他也被丢到海里喂鱼。P207好不了多少,他需要104票,而他自己以及P205和P206的铁票加上100枚金币搞到的100票只有103票——只好下海。
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$ [3 M0 U5 V! ?. k8 o P208运气比较好,他同样也要104票,可是P205,P206,P207都会投票赞成他的方案!加上他自己的1票和买来的100票,他终于逃脱了做鱼食的命运。
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- k P; Z% r: k4 F. l 这样我们就有了一种可以一直推下去的新逻辑。海盗可以什么也不留给自己,买上100票,然后依靠一部分一定会被丢下海的海盗的铁票,从而让自己的方案通过。有这样运气的海盗分别是P201,P202,P204,P208,P216,P232,P264,P328和P456……我们看到这样的号码是200加上一个2的次幂。 ) {6 H! {3 [4 Q$ } z
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哪些海盗是受益者呢,显然铁票是不用(不能)给金币的。所以只有上一个幸运号码及他以前的那些海盗才有可能得到1枚金币。于是我们得到500海盗分100枚金币的结论是:前44个最凶猛的海盗被丢进海里,然后P456给P1到P328中的100个海盗每人1枚金币。 8 H$ N7 n8 d ~$ u) I/ n) E
i9 i; T/ ~: Z5 C& J; F! \ 就这样,最凶猛的海盗被丢进海里,而比较凶猛的什么也得不到,而只有最温柔的那些海盗,才有可能得到1枚金币。正如《马太福音》所说:“温柔的人有福了,因为他们必承受土地!” |