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经典证明:星际争霸是NP-hard的

时间:11-21来源:作者:点击数:

今天看到这里给出了一个“星际争霸是 NP-hard 问题”的一个证明。具体地说,给定一个初始布局(包括地图、双方已有资源、双方已有建筑、双方已有兵力),判断其中一方是否能获胜,这个问题是 NP-hard 的。当然,考虑到即时战略游戏的复杂性,这个结论并不出人意料;真正有趣的,则是如何巧妙地利用游戏中的元素,构造出极其精巧的初始局面,从而转化成某个已知的 NP-complete 问题。下面是原文中给出的证明。这个证明有没有什么漏洞?你还能想到哪些别的证明方法?欢迎在下面留言一同分享。

假设初始时有 A 、 B 两位玩家,他们分别位于两个孤岛上。玩家 B 有非常多的地面兵力,但没有空中单位,并且已有资源为 0 ,而且还没有任何经济来源。他只能坐等玩家 A 来攻打他。玩家 A 一开始则完全没有兵力,但他有不少可以生产作战单位的建筑,也有一定的经济来源,理论上有获胜的希望。地图上还有第三个孤岛,孤岛周边放满 B 的对空防御,玩家 A 即使派遣空中部队也无法进入该孤岛。

初始时,玩家 A 的资源刚好够造一个农民,玩家 A 还需要收集额外的 x 个单位的资源才足以消灭玩家 B 。但是,玩家 A 的所有可采集资源都在第三个孤岛上。这个孤岛上有 n 个采矿点,每个采矿点都配备有一个基地,以及 x/n 个单位的矿石资源。每个采矿点也都还预先配备了一个农民,只不过这个农民被矿石围在里面出不来了。采矿点与采矿点之间靠一些小路连接,每条路上都有玩家 B 的防御塔,保证一个农民走过去必死无疑,但是两个农民走过去恰好能活一个。

游戏开始后,玩家 A 唯一获胜的途径便是,在某个采矿点建造一个农民,采完这个采矿点的矿,把被困的农民救出来,然后选择某条小路走到下一个采矿点(途中死掉一个农民),继续采矿并解救农民,以此类推,直到走遍每一个采矿点,采完所有的矿。很容易看到,玩家 A 相当于要解决一个 Hamilton 路的问题(注意,即使平面图的 Hamilton 路问题也是 NP-complete 的)。因此,星际争霸是 NP-hard 的。

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