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海盗分金问题

有五个海盗要分 100 块金子,于是他们制定了一个规则:他们依次提出分配方案,每提出一个分配方案,所有人就进行一次表决。如果赞成票有一半及一半以上,则按该方案分配,否则将方案提出者扔下海喂鲨鱼,余下的人继续提出方案和投票。假设所有海盗都无限理性聪明,并且都想活命、多得金子、多杀人。请问,第一个海盗提出什么方案,才会通过?

分析&解答

本题的关键在于逆向思维:如果海盗依次被扔下海,最终会是什么情况?

为了描述方便,我们依次为海盗编号为 1号、2号、3号、4号、5号。

  1. 当只剩两个海盗时,4号只需要自己的赞成票就可使自己的分配方案通过。故4号分配方案为 $[100, 0]$。
  2. 但是,该局面同样会被3号洞悉。因此3号会以一块金子的代价贿赂5号,5号会得到比4号分配方案多一块金子而必然会答应。所以,3号分配方案为 $[99, 0, 1]$。
  3. 同样,该局面会被2号洞悉。2号会以一块金子的代价贿赂4号。2号分配方案为 $[99, 0, 1, 0]$。
  4. 同样,该局面会被1号洞悉。1号会以一块金子的代价分别贿赂3号和5号。1号分配方案为 $[98, 0, 1, 0, 1]$。

这样就推出了第一个海盗应提出并且会通过的分配方案:$[98, 0, 1, 0, 1]$。

推广

注意,方案编号为当前剩余人数。

发现规律了吗?

提案者之后分得的金块数是一个 $0, 1, \cdots$ 序列,提案者所得的金块数即分配后余下的金块数。

得知该规律后,我们可以将本题推广到不止 5 个海盗分配的情况。比如 10 个海盗的分配方案为:$[96, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0]$。

很容易注意到,分金的人数越多,提案者需要越多的金子来贿赂以获得足够的赞成票,得到的金子就越少。但是,金子只有 100 块,所以这种贿赂方案不可能无限推广。可以推知,当 200 个海盗分金时,分配方案为:

故 201 个海盗分金时,提案者将分不金子,所有 100 块金子都用于贿赂以获得 100 赞成票,再加上自己那一票才足以保命。202 个海盗分金也是类似情况。

注意,从 202 个海盗分金开始分配方案就不唯一了。

但是,203 个海盗分金时,出现了另一特殊情况,最多可以获得 101 赞成票,未过半。所以,203 个海盗分金的提案者必死。

所以,203 个及以上海盗分金的情况下,提案者都是“必死局”么?当然……不是!

分析 204 个海盗分金的情况就知道了,由于方案 203 的提案者必死,所以他必然会赞成方案 204。这导致方案 204 又有了足够的赞成票。

后续更多人数分金的情况如何呢?我们列一个表来帮助分析下。

注:

  1. 为了描述方便,我们调整了编号方法,$n$ 个人分金时,分配方案编号为 $n$,提案者编号也为 $n$。
  2. 这里假设 100 块金子都用于贿赂前 200 个海盗中的 100 人了,所以上表只显示了 200 位以后的情况。
  3. 被叉掉编号的方案表示它是“必杀方案”。

可见,205、206、207 号也是“必杀方案”,因此这三名海盗会“无条件支持”208 号。

由此可以推知,$200 + 2^n$ 号方案总是可以通过的分配方案,而 200 号后的其他方案都是“必杀”的。