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围棋中的数学

 rwm1110 2018-03-22

■ 1987年2月28号,马晓春获得中国第一位围棋“天元”称号。


围棋,是一种策略性两人棋类游戏,起源于中国,古时称“弈”。


围棋使用方形格状棋盘及黑白二色圆形棋子进行对弈,棋盘上有纵横各19条直线将棋盘分成361个交叉点,其中有九个交叉点用大黑点标识,以方便定位,这九个黑点称之为“星”(或“星位”)。


棋盘正中央的星位便被称为“天元”。棋子走在交叉点上,双方交替行棋,落子后不能移动,以围地多者为胜。


围棋是一门艺术。和很多棋牌类游戏一样,下围棋涉及到逻辑学、运筹学、博弈论、心理学甚至哲学的知识,另外还涉及到计算和记忆。另外围棋背后有着很多的数学和计算机知识,包括尚未解决的千禧年数学猜想“NP=P?”、人工智能等。


一、棋子位置、形状中的数学


棋盘上的不同位置价值是不一样的。另外,棋子的形状(比如紧密程度)也会带来不同的价值。这里涉及到,下面我们通过几个围棋术语来说明。


1.“金角银边草肚皮”:这是说一个子下在盘上价值是不等的,下在角上最高,边上其次,腹中最低。为什么呢?仔细一想不难明白,黑方在角上用两个子可以吃住一个白子,在边上要用三个子,在中腹必须用四个子才能吃一个。


2. “七子延边活也输”:七指的是在二路连成直线的棋子数,是说这种下法效率低下。这就涉及到另一个围棋术语了——七死八活:如果在周围被围死的情况下,七子后手必死,八子后手可以活。(如果是先手都可以活)



3. “实地”与“外势”:“实地”常指在围棋盘角部或边部所围成的地域。“外势”指由外围棋子所组成的阵线,其特点是能形成一定的势力范围。有人认为围棋发展成19路的模式,一个原因便是如果棋盘太小,取地略占优势;棋盘太大,取势略占优势。从数学角度可以证明19路棋盘取地与取势没有明显优势,双方的效率基本一致,这大大地拓宽了围棋的战术。


4.“多子围空方胜扁”:是指多颗棋子围空的时候,棋形应该尽量走成方形,这样才能围成大空,提升棋子效率。这是因为在数学上有“周长一定的矩形,正方形的面积最大。”的结论。


二、棋子死活中的数学


一个棋子在棋盘上,与它直线紧邻的空点是这个棋子的“气”。直线紧邻的点上如果有同色棋子存在,这些棋子就相互连接成一个不可分割的整体。直线紧邻的点上如果有异色棋子存在,此处的气便不存在。棋子如失去所有的气,就不能在棋盘上存在。如果下子后,对方棋子无气或双方棋子都呈无气状态,应立即提取对方无气之子,叫做“提子”。


由多个棋子围住的一个或两个以上的空交叉点叫做“眼”。如果这几个棋子完全连接在一起,就叫“真眼”,否则是“假眼”。一块棋如果有了两个真眼,便是“活棋”,也就是俗称的“两眼可活”(有时候只有一个真眼甚至没有眼也能活,叫“双活”)。“活棋”是永远不可能被提掉的棋。



我们怎么知道一块棋是否能走成“活棋”呢?每次都需要把每种走法都枚举一遍吗?其实不然——围棋手们总结出了一些常见棋形的规律(这里是化归的思想,即将一个问题由复杂化简单的过程)。


1.下图中白棋的眼形分别称为“直三”、“曲三”,白棋下在A位可活,被黑棋先下则死。



2.下图中白棋的眼形分别称为“直四”、“曲四”。



对于上述两种情况,白棋不先下也是活棋。黑棋点在A位白棋就应在B位,而黑棋点在B位白棋就应在A位。(特别地,如果是在角上的“盘角曲四”,一般是死棋。)



3.下面两种情况分别称为“丁四”、“方四”,前者黑棋先下在A位就可以杀死白棋,白棋先下A就可活;后者因为白棋无论下在哪一点都将成为曲三,黑棋点在中间就可以杀死白棋。



4. 下面两种情况分别称为“梅花五”、“刀把五”。前者黑棋先下就点在A位,白棋如果在里面下子只会缩小自己的眼位,最终变成丁四。黑棋再下A位即可点死白棋。白棋先补A则可活;后者白棋先下A位可活,黑棋先下A位则可杀死白棋。



5. 下面两种情况分别称为“葡萄六”、“板六”,前者黑棋点A则白棋死,白棋补A则可活;后者白棋不补也是活棋。



三、行棋中的数学


在围棋的行棋过程中,也涉及到数学。下面从几个围棋术语来谈谈。


1. “流派”:根据布局风格的不同,围棋分成了若干的流派,其中比较著名的有中国流、宇宙流、秀策流等等。中国流重视布局速度,并且兼顾外势与实地;宇宙流以棋盘为宇宙,行棋天马行空;秀策流顺水推舟,重视全局的平衡和谐。


2. “征子”:征子是一种利用对方棋子只有一口气,通过不断扭拐叫吃的吃子方法。



有些征子棋下出来非常的美丽,比如上图的“心形征子”。但其实征子棋的计算量异常的大,可能会因为一颗棋算错而满盘皆输。


3. “打劫”:打劫又称“劫争”,是指两颗棋出现可以互相提取一子的现象,因为可以互相提取那就永远下不完了。所以围棋规则规定碰到劫争时,当一方提掉另一方的子,被提一方要在其它地方走一步,待对方应之后再提回来。“打劫”的材料叫做“劫材”,一般直到有一方没有劫材了劫争便结束了。



打劫涉及到找劫材及消劫的价值判断,虽是比较复杂的技术(并有循环劫、万年劫等复杂形式),但非常有趣——围棋之所以吸引了众多爱好者,“打劫”可能是吸引人的缘故之一。


另外,笔者认为围棋中的打劫和尼姆游戏之间或许有某种联系。


4.“模仿棋”:模仿棋是一方随着另一方在棋盘的对称处下棋,最后形成一盘黑白方完全对称的棋局。


模仿棋也称“东坡棋”,其由来是这样的:苏轼的小儿子苏过爱下棋,而且下得好。苏轼无论怎样都输给苏过。


一次,苏轼跟儿子下棋,苏轼第一手下天元,随后模仿儿子在棋盘对称处下棋。


苏过惊问道:“这是什么棋?”


苏轼笑曰︰“这是东坡棋。”


那如果按照这种方式下棋,先手不是必胜吗?


正因为如此,围棋中规定黑棋应该“贴目”,即由于黑方先手,在布局上占有一定的优势,为了公平起见,在最后计算双方所占地的多少时,黑棋必须扣减一定的目数或子数。


根据人们的大量实战经验,常见的是贴3又3/4颗子即七目半(一子等于两目)。之所以会出现半目,是为了避免出现和棋。


模仿棋在比赛中也出现过。在2010年亚运围棋赛中韩之战的一盘棋中,执黑的周睿羊每下一手,朴廷桓就在棋盘对称的相应位置下一手,完全模仿黑棋的下法,直到29手朴廷桓才停止模仿。最终朴廷桓取得了胜利。


笔者对于围棋只知毫末,本文斗胆谈一谈围棋中的一些数学问题,同时普及一些围棋基础知识,还请行家指正。


参考文献:

1. 死活棋基本形.陈晨.搜狐博客

2. 围棋棋形总结.百度文库

3. 一向被誉为人类大脑智慧专利的围棋中又蕴含着怎样的数学原理?微信号“好玩的数学”

4. 百度百科

5. 历史上的今天

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