力扣292.Nim游戏---动态规划与巧妙的数学思想

292. Nim 游戏

你和你的朋友,两个人一起玩 Nim 游戏:

桌子上有一堆石头。
你们轮流进行自己的回合,你作为先手。
每一回合,轮到的人拿掉 1 - 3 块石头。
拿掉最后一块石头的人就是获胜者。
假设你们每一步都是最优解。请编写一个函数,来判断你是否可以在给定石头数量为 n 的情况下赢得游戏。如果可以赢,返回 true;否则,返回 false 。

示例 1:

输入:n = 4
输出:false
解释:如果堆中有 4 块石头,那么你永远不会赢得比赛;
因为无论你拿走 1 块、2 块 还是 3 块石头,最后一块石头总是会被你的朋友拿走。
示例 2:

输入:n = 1
输出:true
示例 3:

输入:n = 2
输出:true

提示:

1 <= n <= 231 - 1
开始没有想太多,一看就想到动态规划问题

即对于先手来说,即如果在他的回合只剩下0个石头时他是必败的,如果剩下1~3个石头他是必胜的。
所以当有n个石头时,如果先手对应n个石头,后手则对应n-1或n-2或n-3个石头,则要求先手对应n个石头能不能必赢时,我们需要满足后手的n-1,n-2,n-3三个方案中有一个必输的方案即可。因为对手是十分聪明的,如果不能在三个中找到使得后手必输的方案,我们就一定会输。而由于我们也是十分聪明的,所以我们也只需要在三个方案中找到一个使得后手必输的就行了,因为后手的三个方案到底是哪一个都是由我们先手的决定的。

所以不妨设a[n]为表示n个石头时,先手的输赢情况。
所以可列出a[n]=!(a[n-1]==1&&a[n-2]==1&&a[n-3]==1)

因为此时已经为n个石头了,所以式子后面的a[n-1]==1&&a[n-2]==1&&a[n-3]==1则为下一个状态了,即因为后手在先手先操作,操作后,他自己也就变成了先手,所以此时可以用来表示后手的输赢情况了。
也可以这样理解:
在n个石头变成n-1或n-2或n-3时已经代表先手拿过了,则此时后手就相当于为n-1或n-2或n-3个石头的先手了。

但是这样会超时:

bool canWinNim(int n){
    
    
    bool a[n];
    if(n==1||n==2||n==3)
    return 1;
    a[0]=1;
    a[1]=1;
    a[2]=1;
    for(int i=3;i<n;i++)
    {
    
    
        if(a[i-1]==1&&a[i-2]==1&&a[i-3]==1)
        a[i]=0;
        else
        a[i]=1;
    }
    return a[n-1];
}

查看题解后发现可直接数学化思考:

即当1,2,3个石头时先手都必赢,4个则必输。当有5 个石头时,我们发现若开始先手拿1个,则后手也必输,所以可以知道即当谁的回合对应4个石头时谁就必输,因为大家都是聪明人,不论他这回合拿多少,下一个人总是能拿完剩下的所有石头。
而当我们知道这个“逢四必输”后,我们可以再看看8个石头,我们发现当先手拿1~3个石头后,后手总是有一种方案来使得最后给我们的还是4个石头,所以我们还是必输,所以我们知道了“逢八必输”,当12个石头时同理我们先手也会碰到8个石头的情况…所以我们可知一旦石头为4的倍数我们总是会由于后手的“聪明操作”而导致面临4的倍数的石头的情况,所以可知代码:

bool canWinNim(int n){
    
    
    return n%4!=0;
}

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