根据策梅洛定理,中国象棋是不是应该红方必胜或必和棋

大家别急着嘲讽题主。如果不看补充说明的话,这其实是个好问题。太长不看版:无法证明中国象棋红方有必胜或和的策略。涉及策梅洛定理、策略窃取、迫移局面。

知道策梅洛定理的人很多,我简单复述一下。

在二人完美信息回合制有限抽象策略游戏中,以下三者有且只有一项成立:

1、先手方有必胜策略;

2、后手方有必胜策略;

3、双方的最优策略将会导向平局。

策略窃取(围棋):而在满足一定条件的某些游戏中,第二项“后手方有必胜策略”是可以被逻辑证否的。

比如不贴目的围棋。

证明(反证法):假设存在白方必胜策略P。那么黑方可以开局时就选择“停一手”。若白方也选择“停一手”,则按照规则,棋局立即结束,平局。否则若白方在棋盘上落任意一子,黑方即可窃取后手方的策略P;这样黑方变成了实质上的后手方,采取策略P必胜。然而这与“存在白方必胜策略P”矛盾,因此不存在白方必胜策略P。

这种证明的方式即“策略窃取”(strategy stealing argument/ copycat lemma)。

策略窃取的适用范围,适用策略窃取的游戏需要满足两个条件:

1、是对称游戏。

2、某方的行动永远不会帮倒忙。

满足以上条件的游戏包括无禁手的五子棋、六贯棋、井字棋等。

用同样的方式证明无禁、不允许停招的五子棋黑先必不败:

证明(反证法):假设存在白方必胜策略P。那么黑方可以开局时就选择随便走一着棋A。我们知道在五子棋中,任意“免费”的一招棋只会对局面有帮助,不会帮倒忙。因此接下来白方在棋盘上落任意一子,黑方即可窃取白方的策略P;这样黑方变成了实质上的后手方,采取策略P必胜。然而这与“存在白方必胜策略P”矛盾,因此不存在白方必胜策略P。

不是对称游戏的例子包括带贴目的围棋、有禁的五子棋。

迫移局面(Zugzwang)

2、某方的行动永远不会帮倒忙。

这一条比较微妙。请看国际象棋的一个例子:

此局面若轮白走则是和棋,若轮黑走则黑负。所以这是一个先手方不利的局面,术语称“迫移局面(zugzwang)”。这种局面的存在,使得“策略窃取”证明在国际象棋上不成立。

象棋中不能停招,而围棋“停一招”永远合法,所以围棋中不存在“迫移局面”。

与国际象棋类似,中国象棋中也存在“迫移局面”。如下图:

因为“将帅不得见面”规则的存在,本局面红先红负,黑先黑负。

如果我们尝试用“策略窃取”证明中国象棋红方有必不败策略,仍然假设黑方有必胜策略P;现在红方不能“停一招”。因此红方总得走一手棋A,才能去窃取黑方的策略。然而我们不知道红方的这手棋A会不会让局面变得更糟(因为存在“迫移局面”),所以策略窃取证明失效。

因此我们不能通过逻辑推理证明中国象棋红方有必不败策略。

实际上,后手方有优势的对称棋类游戏是存在的,比如动物将棋。

已有研究者通过穷举证明,动物将棋的后手方拥有必胜策略。

不过,从现实出发考虑,中国象棋黑方有必胜策略的可能性非常非常低。事实上,黑方存在某种必胜策略P,等价于中象的开局(S_0)就是迫行局面;直觉上来看这几乎不可能,但理论上我们不能排除黑棋有必胜策略的可能性——万一黑棋有办法将局面导向某种迫行残局呢?

当然,题主的补充说明就是扯淡了()即使能证明红方有必不败策略,肯定也不能说没有意义。本文仅解答问题的题面,对补充说明不再展开批驳。

某种意义上,你说的没错。世间一切的完全信息博弈的游戏,只要总局面数是有限的,你总可以从博弈树的叶子倒推,给每一个局面以“先手胜”、“先手负”、“和棋”的判断。所以,如果世间真的有围棋之神,我们抓来两个让他们下棋、想要观摩,结局就会是:先手在某一个位置落子,后手认输。中国象棋就很可能会是,先手提和,后手同意,压根没有动子。但是,这一切只是理论意义上的,在实践中,你先手一步不走提和,你看看对面的表情?为什么?因为人家是理论的“神”,但在实践中,要能够下出每个局面的最佳着法,也即“神之一手”,是极其复杂的。象棋的局面约有7×10的四十次方,围棋的局面数更是超过宇宙中的原子数量,理论的神告诉你这个局面红必胜,但你有计算能力和资源穷尽后面所有的变化,并在任何局面下下出最好的应对,从而确保对方所谓“必败”吗?(除了井字棋,恐怕都不可能)所以人类提取一些有很强预示性的“表征”,英文representation,例如子力有多少、占据的位置如何等等,作为某种判断当前局面是否是必胜的heuristic(启发)。在你平时做的那些先手必胜的数学题里,比如Nim取石子游戏,你用以判断局面是否必胜的那个判断函数(将所有堆异或判断是否非零)本质上也是一种表征,只不过,那些游戏都太简单,表征容易计算而且完全和真实的胜败一致。但是一个棋类游戏能够成为让人着迷的游戏,一定是这种表征函数极其复杂,永远不能简单看清,天文数字的变化更是让纯记忆完全不可能。人类的比拼,本质上也就是比拼各自对于局面衡量表征函数的准确程度和计算力。AI如此之强,也正是因为这两点远超人类。但是,它们离理论上断言先手必胜的“神”都还太远,我们要感谢这一点,否则根据策梅洛定理,游戏确实就没意思了。

策梅洛定理只能告诉我们,中国象棋要么红必胜,要么黑必胜,要么必和棋,却不能告诉我们红棋是不是必胜的。

事实上,比较好的推测是中国象棋很可能存在必和的策略。不过这个策略以我们目前的算力可能还不足以计算出来,以我们目前的人脑更不可能完全的理解、记忆下这个策略。

纵使你把市面上所有的和棋谱都背了下来,只要实战中别人走一步试探手,牺牲一点先手以达到脱谱的目的,如果你只知道背谱而没有强大的计算力,还是很可能逐渐落入下风的。

THE END
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