數學 x 電影 (6) A Beautiful Mind - Hex 六貫棋

 《A Beautiful Mind》(有你終生美麗)這談論知名數學家John Nash一生的電影實在太經典了,所以已有太多人和網站深入討論這電影。心想,珠玉在前,我再談這電影也沒有什麼新意給大家,所以本不想在這裏談這電影。

不過,近日重看這電影的DVD時,看了Deleted Scene。其中提到一件在原電影中沒有提到的John Nash生平事跡,就是他發明了一種棋 - Nash(或叫Hex)。我相信是因這段事跡和主線故事沒有太大關係,所以導演最後把它在電影最後版本中Delete了出來。

Hex,網上中文名是六貫棋,是在六邊形格的棋盤上玩的圖版遊戲棋盤是如下圖Russell Crowe演的John Nash手上拿的菱形棋盤通常大小 11x11,  13×13 或 19×19的。

Deleted Scene in <A Beautiful Mind>

根據wikipedia資料,六貫棋最初在丹麥數學家Piet Hein於1942年12月26日在丹麥報紙Politiken發表的一篇文章裏出現,當時稱為Polygon。1948年,John Nash重新獨立發明了它,他當時是採用14x14的棋盤(如上圖一樣) 。他當時在Princeton University是一位研究生,他在同學間推廣這個遊戲,人們稱這遊戲為Nash。後來1952年Parker Brothers發行了一個版本,將它稱為Hex,從此這個名字就定了下來。

Deleted Scene in <A Beautiful Mind>

六貫棋由兩個人一起玩,有兩種顏色,通常是紅、藍或黑、白。四個邊平行填上兩方的顏色。雙方輪流下棋,分先手和後手,每次佔領一處空白格,在空白格放上自己顏色的棋子(或填上自己的顏色)。最先將棋盤屬於自己的顏色的邊連成一線的一方為勝。

From Wikipedia


John Nash用數學圖論(Graph Theory) 方法證明這棋不能有和局(Hex theorem),只能有一方最後勝出。最有趣的是這Theorem和著名的二維Brouwer fixed-point theorem是等價的。對這證明有興趣的,可看MIT的notes:。

另一個關於Hex又較易理解的數學結果是:以Hex theorem,我們可推論出先手有一種必勝的方法。
證明簡要如下:
  • 局數是有限
  • Hex Theorem,沒有和局
  • 完美信息博弈
根據Game Theory,其中一手必有必勝路線。那又為何不是後手,而是先手呢?
  • 若後手有必勝策略,先手可以將自己的第一步棋子隨機放置在棋盤上,等後手下完第一步棋後從而轉成「後手」玩家:先手可以通過「後手必勝策略」來繼續前進。 隨機放置在棋盤上的先手第一步棋子永遠不會對先手有壞影響,因為如果這一步棋是在獲勝策略中,那麼已經下了棋子就不會有壞影響。 如果該位置不在獲勝策略中,則更無影響。 因此先手就是有必勝策略。這得出後手有必勝策略這假設有矛盾之處。
你會說,有必勝策略法,為甚麼還要玩呢?理論上,必勝策略法是存在,但不等於我們知道必勝策略法是什麼。如果棋盤足夠大的話(如14x14),因可能性太多,我們(或用電腦)還未能算出完美的必勝策略法,所以玩的樂趣還存在。

不談數學,這遊戲的Rule非常簡單,而且只要上網print一張圖或手繪一張圖就可以玩,十分方便。大家可以和朋友同學試一試。這網頁提供了資料:http://vanshel.com/Hexy/

(寫於9/2/2021)

References:

https://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E5%85%AD%E8%B2%AB%E6%A3%8B

http://vanshel.com/Hexy/

http://web.mit.edu/sp.268/www/hex-notes.pdf


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