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¿La guerra tiene una duración esperada infinita?

Mi pregunta se refiere al juego de cartas (completamente determinista) conocido como Guerra , interpretado por niños de siete años en todas partes, como mi hijo Horacio, y a veces también por otros, como sus padres.

La pregunta es: ¿la duración prevista del juego es infinita?

Las reglas. (de http://en.wikipedia.org/wiki/War_(juego_cartas) ) El mazo se divide en partes iguales entre los dos jugadores, dando a cada uno una pila boca abajo. Al unísono, cada jugador revela la carta superior de su pila (una "batalla"), y el jugador con la carta más alta toma las dos cartas jugadas y las mueve al fondo de su pila. Si las dos cartas jugadas son de igual valor, cada jugador pone tres cartas boca abajo y una cuarta carta boca arriba (una "guerra"), y la carta de mayor valor gana todas las cartas de la mesa, que se añaden al fondo de su pila. En caso de otro empate, el proceso de guerra se repite hasta que no haya empate. Un jugador gana al recoger todas las cartas. Si un jugador se queda sin cartas mientras reparte las cartas boca abajo de una guerra, puede jugar la última carta de su mazo como su carta boca arriba y seguir teniendo una oportunidad de seguir en el juego.

Supongamos que las cartas se devuelven al mazo de una manera bien definida. Por ejemplo, en el orden en que se juegan las cartas, con las cartas del ganador de la ronda anterior en primer lugar (y un primer jugador seleccionado para la batalla inicial).

En la página de Wikipedia, se tabulan los resultados de 1 millón de partidas aleatorias simuladas, informando de una partida de duración media de 248 batallas. Pero esto no responde realmente a la pregunta, porque podría ser que hubiera una disposición inicial tortuosa de las cartas que llevara a una partida periódica que durara eternamente. Dado que sólo hay un número finito de barajados, este barajado tortuoso contribuirá infinitamente a la Valor esperado . Por lo tanto, la pregunta realmente equivale a:

Pregunta. ¿Existe un barajado tortuoso en la Guerra, que lleva a un juego infinitamente largo?

Por supuesto, el juego descrito anteriormente no es más que un caso especial del juego más general que podría llamarse Guerra universal El juego se juega con N jugadores utilizando una baraja de cartas que representan elementos de un preorden parcial finito. Cualquier carta estrictamente dominante gana la baza; en caso contrario, hay guerra entre los jugadores cuyas cartas no estaban estrictamente dominadas. ¿Tiene alguna instancia de la Guerra Universal una duración esperada infinita?

48voto

Sí, un juego de Guerra puede continuar interminablemente. En particular, si se reparten las siguientes manos y las cartas del jugador 1 se añaden siempre antes que las del jugador 2 al fondo del montón del ganador, entonces la partida de Guerra resultante nunca terminará:

Jugador 1: 10S JS KD 6C 6D 2S 7S AC 3S 8D 5C 5D 8H AD KH 2D 4S 7C 3H 3D 10C 4D KC 4H 6H 7D

Jugador 2: 9H 4C QC 9S 10D QH 5H QS 10H 8C AH 8S JH QD JD 2C KS 9D 3C 5S 6S 7H 9C AS JC 2H

29voto

Eric Puntos 246

Este artículo (de Evgeny Lakshtanov y Vera Roshchina) afirma que la respuesta es "la duración esperada de una partida de Guerra es finita". Hay cierta ambigüedad, como señala Joel, en las reglas de Wikipedia; en particular, "el jugador con la carta más alta toma las dos cartas jugadas y las mueve al fondo de su pila" no es lo suficientemente específico. ¿Se mueve primero la carta más alta, o la más baja, o es aleatorio? El artículo de Lakshtanov & Roshchina utiliza la sustitución aleatoria.

No indican la longitud prevista, sólo su finitud.

21voto

Charel Puntos 1

Mi papel "Ciclos en la guerra" también aborda esta cuestión. Me interesaba caracterizar los tipos de ciclos que pueden darse. En otras palabras, ¿cómo es la estructura de un ciclo en la guerra? Simplifiqué el problema asumiendo que las guerras no son posibles (es decir, las cartas tienen una clasificación estricta del 1 al n , donde n es el número de cartas de la baraja). Incluso en esta versión más sencilla me resultó difícil caracterizar todos los ciclos. Sin embargo, en el caso de que la carta ganadora vaya al fondo del mazo del jugador ganador antes que la carta perdedora, pude encontrar una forma de construir un trato de un $n$ -baraja que hace un ciclo, para cualquier $n$ que no es una potencia de 2 o tres veces una potencia de 2.

Por ejemplo, el siguiente reparto de los ciclos de una baraja de 52 cartas.

26 46  1  7  8 27  9 28 29 47  2 10 11 30 12 31 32 48  3 13 14 33 15 34 35 49

16 36 17 37 38 50  4 18 19 39 20 40 41 51  5 21 22 42 23 43 44 52  6 24 25 45 

Se necesitan más de 30.000 batallas para que la baraja vuelva a esta ordenación. El argumento matemático de por qué este trato se cicla está en el documento que ha sido aceptado para su publicación por la revista Números enteros pero aún no ha aparecido en prensa . Entre otras cosas, las normas de recarga sí que marcan la diferencia, como ya han apuntado aquí otras personas. Además, dado que la caracterización de las estructuras de los ciclos cuando las guerras no son posibles resulta difícil (o, al menos, a mí me lo pareció), cabe esperar que la caracterización de los ciclos en la versión estándar del juego en la que las guerras son posibles sea aún más difícil.

Edición: El documento se ha publicado ahora en el Números enteros sitio web, en la sección de juegos, como Vol. 10 , Artículo G2, 2010, pp. 747-764.

15voto

Evgeny Lakshtanov Puntos 181

Querido Joel David, Voy a tratar de explicarlo, pero tengo que señalar que el artículo es bastante primitivo, y está escrito en un Inglés legible. Además hay muchas cifras. Pero lo intentaré: Voy a hacer una lista de las declaraciones y luego se puede mencionar el número de la no clara:

  1. Por nuestra suposición (los jugadores no tienen estrategia y no tienen reglas fijas de cómo devolver las cartas) el juego es una cadena de Markov.

  2. El estado de absorción (final) es un estado en el que te quedas para siempre :) Para nosotros significa el final del juego, es decir, el estado en el que uno de los jugadores ha conseguido todas las cartas.

3A. En la cadena de Markov finita, suponiendo un estado inicial arbitrario, se absorbe con probabilidad UNO si y sólo si "para cada vértice del grafo de la cadena de Markov hay un camino hacia un estado absorbente".

3B. Así que tenemos que demostrar que para el gráfico de nuestro juego de guerra, no existe tal estado inicial que los jugadores no tengan ninguna posibilidad de llegar al final.

  1. Para demostrarlo debemos considerar primero la simplificación. Consideremos el juego con cartas {1,...,n} es decir, cada valor se encuentra sólo una vez.

Llamamos a un vértice alcanzable si tiene estados terminales como sus descendientes, y errante en caso contrario. Es obvio que un descendiente de un vértice errante vuelve a ser errante, y un ancestro de un vértice que ha alcanzado un estado terminal vuelve a ser un vértice que ha alcanzado un estado terminal. Para un grafo orientado arbitrario, es posible que un vértice de obtención tenga vértices errantes entre sus descendientes. Demostramos que para nuestro grafo G no es así. Para ello, necesitamos entender algunas propiedades del grafo G.

LEMA 1. A: Sea el estado tal que uno de los jugadores tiene sólo una carta en su mano, entonces este estado tiene exactamente un ancestro.

B: Si ambos jugadores tienen al menos dos cartas, entonces este estado tiene exactamente dos antepasados.

LEMA 2. Para el grafo del juego se cumple que un descendiente de un vértice que alcanza es de nuevo un vértice que alcanza. (Página 5 del artículo)

Lema 3. Los estados en los que uno de los jugadores tiene una sola carta son alcanzables. (página 6)

Lema 4. Cada vértice tiene un ancestro que corresponde al estado en el que uno de los jugadores tiene una sola carta.

Por lo tanto, hemos demostrado que cada vértice tiene un ancestro que corresponde al estado en el que cada jugador tiene exactamente una carta. Este estado se alcanza por el lema 3. Por el Lema 2, los descendientes de los vértices que han obtenido una carta vuelven a obtenerla, por lo que el estado inicial vuelve a serlo, y hemos demostrado que

Teorema: El gráfico G no tiene ningún vértice errante.


Ahora cómo aplicarlo al JUEGO estándar: Utilizamos el siguiente hecho obvio: Si un subgrafo de un grafo orientado no tiene vértices errantes, entonces el grafo original tampoco tiene vértices errantes.

Ahora la prueba es similar.

Espero que sea mejor leer el artículo, lo siento. y quiero señalar una vez más, que la cuestión de la estrategia nunca se ha discutido.


[ Añadido por J.O'Rourke :] El artículo ha aparecido: "Sobre la finitud en el juego de cartas de la guerra". Evgeny Lakshtanov y Vera Roshchina, The American Mathematical Monthly , Vol. 119, nº 4 (abril de 2012) (pp. 318-323). Enlace a JSTOR .

7voto

varunsrin Puntos 113

Siento hacer de esto una respuesta, pero hay que especificar el formato.

Aquí hay una estúpida versión de 8 cartas de sus reglas, el mejor jugador va primero.

AD KH KS AC
KD AH AS KC

Si leo bien sus reglas, después de una ronda parece:

AD KD KC AC
KH AH AS KS

y así sucesivamente. Esto parece generalizarse a 8n tarjetas.

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