게임 복잡도
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1. 개요
게임 복잡성은 게임의 난이도를 측정하는 척도로, 주 공간 복잡성, 게임 트리 크기, 의사결정 트리, 계산 복잡성 등 다양한 요소로 평가된다. 주 공간 복잡성은 도달 가능한 게임 위치의 경우의 수를 의미하며, 게임 트리 크기는 가능한 모든 게임 플레이의 경우의 수를 나타낸다. 의사결정 트리는 각 위치의 가치를 평가하는 데 사용되며, 계산 복잡성은 게임을 해결하는 데 필요한 자원과 시간을 나타낸다. 게임별 복잡성은 틱택토, 체스, 바둑 등 다양한 게임을 예시로 들어 상태 공간, 게임 트리, 평균 게임 길이, 분기 계수 등을 비교하여 설명한다.
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완전 정보 게임은 게임 이론에서 모든 플레이어가 게임의 모든 정보를 공유하는 게임을 의미하며, 체스, 틱택토, 오목 등이 이에 해당한다.
게임 복잡도 |
---|
2. 게임 복잡성 측정
게임의 복잡성은 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 이 섹션에서는 게임 복잡성을 측정하는 몇 가지 방법에 대해 설명한다.
아래 표는 다양한 게임들의 복잡성을 나타낸다. 게임 복잡성이 크기 때문에 로그의 밑은 10을 사용한다.
게임 | 보드 크기 (positions) | 상태 공간 복잡성 (log10) | 게임 트리의 복잡성 (log10) | 평균 게임 길이 (plies) | 분기 계수 | 참조 |
---|---|---|---|---|---|---|
틱택토 | 9 | 3 | 5 | 9 | 4 | |
심 | 15 | 3 | 8 | 14 | 3.7 | |
펜토미노 | 64 | 12 | 18 | 10 | 75 | [60] [61] |
칼라 | 14 | 13 | 18 | 50 | [60] | |
커넥트 포 | 42 | 13 | 21 | 36 | 4 | [63] [64] |
도미니어링 (8 × 8) | 64 | 15 | 27 | 30 | 8 | [60] |
콩카 | 14 | 15 | 33 | | | [60] | |
영미식 체커 | 32 | 20 or 18 | 40 | 70 | 2.8 | [63] [65] [66] |
오와레 | 12 | 12 | 32 | 60 | 3.5 | [63] |
큐빅 | 64 | 30 | 34 | 20 | 54.2 | [63] |
더블 더미 브리지 | (52) | <17 | <40 | 52 | 5.6 | |
파노로나 | 45 | 21 | 46 | 44 | 11 | [68] |
나인 멘스 모리스 | 24 | 10 | 50 | 50 | 10 | [63] |
타블루트 | 81 | 27 | | | | [69] | ||
국제식 체커 (10x10) | 50 | 30 | 54 | 90 | 4 | [63] |
차이니즈 체커 (2인용) | 121 | 23 | | 180 | [70] | ||
차이니즈 체커 (6인용) | 121 | 78 | | 600 | [70] | ||
오델로 (리버시) | 64 | 28 | 58 | 58 | 10 | [63] |
OnTop (2p base game) | 72 | 88 | 62 | 31 | 23.77 | [71] |
라인스 오브 액션 | 64 | 23 | 64 | 44 | 29 | [72] |
오목 (15x15, 자유형) | 225 | 105 | 70 | 30 | 210 | [63] |
헥스 (11x11) | 121 | 57 | 98 | 50 | 96 | [60] |
체스 | 64 | 44 | 123 | 70 | 35 | [73] |
비주얼드 (8x8) | 64 | <50 | | 70 | [74] | ||
GIPF | 37 | 25 | 132 | 90 | 29.3 | [75] |
육목 | 361 | 172 | 140 | 30 | 46000 | [76] |
백개먼 | 28 | 20 | 144 | 55 | 250 | [77] |
샹치 | 90 | 40 | 150 | 95 | 38 | [63] [78] [79] |
아발론 | 61 | 25 | 154 | 87 | 60 | [80] [81] |
하바나 | 271 | 127 | 157 | 66 | 240 | [60] [82] |
트윅스트 | 572 | 140 | 159 | 60 | 452 | [83] |
장기 | 90 | 44 | 160 | 100 | 40 | [79] |
쿼리도 | 81 | 42 | 162 | 91 | 60 | [84] |
카르카손 | 72 | >40 | 195 | 71 | 55 | [85] |
아마존 (10x10) | 100 | 40 | 212 | 84 | 374 or 299 | [87] [88] |
쇼기 | 81 | 71 | 226 | 115 | 92 | [78] [89] |
Thurn and Taxis (2 player) | 33 | 66 | 240 | 56 | 879 | [90] |
바둑 (19x19) | 361 | 170 | 505 | 211 | 250 | [63] [91] [92] [93] |
아리마 | 64 | 43 | 402 | 92 | 17281 | [94] [95] [96] |
스트라테고 | 92 | 115 | 535 | 381 | 21.739 | [97] |
무한 체스 | 무한 | 무한 | 무한 | 무한 | 무한 | [100] |
매직 더 개더링 | 무한 | 언바운드됨 | 언바운드됨 | 무한 | 무한 | [101] |
하지만, 게임 규칙을 조금만 변경해도 복잡성 수치가 크게 바뀔 수 있다는 점을 유의해야 한다.
2. 1. 주 공간 복잡성
게임의 '''주 공간 복잡성'''은 게임을 처음 위치에서 시작했을 때 도달할 수 있는 합법적인 게임 위치의 수이다.[30] 게임을 계산하기 너무 어려울 때는 가끔 일부 속임수를 써서 상한을 계산할 수도 있는데, 이는 게임 과정에서 절대 일어날 수 없는 포지션을 의미한다.2. 2. 게임 트리 크기
게임 트리 크기는 게임을 시작하여 나올 수 있는 모든 경우의 수를 나타내는 것으로, 게임의 초기 위치를 루트로 하는 게임 트리의 잎 노드 수이다.[1]게임 트리는 일반적으로 상태 공간 크기보다 훨씬 크다. 동일한 위치가 서로 다른 순서로 움직여 여러 게임에서 발생할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 틱택토 게임에서 보드에 X 두 개와 O 하나가 있는 위치는 첫 번째 X의 위치에 따라 두 가지 다른 방식으로 도달할 수 있다.[1] 게임 트리 크기의 상한은 게임 트리 크기를 증가시키는 방식으로(예: 불법적인 움직임을 허용) 게임을 단순화하여 계산할 수 있다.[1]
보드 크기 또는 위치 반복에 대한 규칙에 의해 이동 횟수가 제한되지 않는 게임의 경우, 게임 트리는 일반적으로 무한하다.[1]
2. 3. 의사결정 나무
의사결정 트리는 게임의 특정 상태에서 최적의 수를 찾기 위한 의사 결정 과정을 나타내는 트리 구조이다. 각 위치는 "플레이어 A 승리", "플레이어 B 승리", "무승부" 중 하나로 표시된다. 이는 그래프 내 다른 위치를 통해 해당 값을 증명할 수 있을 때(양측의 최적 플레이 가정)를 기준으로 한다.[1]터미널 위치(게임의 최종 상태)는 바로 표시할 수 있다. 플레이어 A가 이동할 차례인 위치는 A에게 승리하는 다음 위치가 있으면 "플레이어 A 승리", 모든 다음 위치가 B에게 승리하면 "플레이어 B 승리", 모든 다음 위치가 무승부이거나 B에게 승리하면 "무승부"로 표시한다. B가 이동하는 위치도 이와 유사하게 적용된다.
2. 3. 1. 의사 결정 복잡성
게임의 초기 위치의 가치를 확립하는 최소 의사 결정 트리의 리프 노드 수이다.[1]2. 3. 2. 게임 트리의 복잡성
게임의 '''트리 복잡성'''은 초기 위치의 가치를 결정하는 가장 작은 ''전체'' 너비 의사결정 트리의 리프 노드 수이다.[30] 전체 너비 트리는 각 깊이에 있는 모든 노드를 포함한다.이것은 초기 위치의 값을 결정하기 위해 미니맥스 검색에서 평가해야 할 위치의 수에 대한 추정치이다.
게임 트리의 복잡성을 추정하기는 어렵지만, 일부 게임의 경우 게임의 평균 분기 계수 ''b''를 평균 게임의 수 ''d''만큼 거듭제곱하여 근사값을 구할 수 있다.
:
2. 4. 계산 복잡성
게임의 '''계산 복잡성'''은 게임이 임의적으로 커질 때, 즉 빅 오 표기법이나 복잡도 클래스의 멤버십으로 표현될 때 나타나는 점증적 난이도를 설명한다. 이 개념은 특정 게임이 아니라, n-by-n 보드에서 게임을 함으로써 임의적으로 크게 만들 수 있도록 일반화된 게임들에 적용된다.점증적 복잡성은 게임을 해결하기 위해 가장 효율적인 알고리즘에 의해 정의된다. 가장 일반적인 복잡성 측정(컴퓨팅 시간)은 가능한 모든 경우에 솔루션 알고리즘이 작동해야 하기 때문에 점증적 상태-공간 복잡성의 로그에 의해 항상 경계를 낮춘다. 그것은 게임 패밀리에 작용하는 어떤 특정한 알고리즘의 복잡성에 의해 상한선이 될 것이다. 유사한 언급이 두 번째로 일반적으로 사용되는 복잡성 측정치, 즉 계산에 사용되는 공간이나 컴퓨터 메모리의 양에도 적용된다. 알고리즘이 게임 상태를 저장할 필요가 없기 때문에 일반적인 게임의 공간 복잡성에 하한선이 있다는 것은 명백하지 않다. 그러나 관심 있는 많은 게임들은 PSPACE-hard로 알려져 있고, 그들의 공간 복잡성은 점증적 상태-공간 복잡성의 로그에 의해 하한선이 될 것이다.
- 깊이 우선 미니맥스 전략은 전체 트리를 탐구해야 하기 때문에 게임의 트리-복잡성에 비례하는 계산 시간과 알고리즘이 가능한 각 이동 깊이에 트리의 한 노드를 항상 저장해야 하기 때문에 트리-복잡성의 로그에 메모리 다항식의 양이 사용되며, 그리고 가장 높은 이동 깊이에서 노드 수를 항상 저장해야 하기 때문이다.
- 후진 귀납법은 각 가능한 위치에 대해 정확한 이동을 계산하고 기록해야 하므로 상태-공간 복잡성에 비례하는 메모리와 시간을 모두 사용한다.
3. 게임별 복잡성
게임 | 보드 크기 (위치) | 상태 공간 복잡성 (log10) | 게임 트리 복잡성 (log10) | 평균 게임 길이 (플라이) | 분기 계수 | 참조 |
---|---|---|---|---|---|---|
틱택토 | 9 | 3 | 5 | 9 | 4 | |
심 | 15 | 3 | 8 | 14 | 3.7 | |
펜토미노 | 64 | 12 | 18 | 10 | 75 | [60][61] |
칼라 | 14 | 13 | 18 | 50 | ||
커넥트 포 | 42 | 13 | 21 | 36 | 4 | [63][64] |
도미니어링 (8 × 8) | 64 | 15 | 27 | 30 | 8 | [60] |
콩칵 | 14 | 15 | 33 | [60] | ||
영미식 체커 | 32 | 18 | 40 | 70 | 2.8 | [63][65][66] |
오와레 | 12 | 12 | 32 | 60 | 3.5 | |
큐빅 | 64 | 30 | 34 | 20 | 54.2 | [63] |
더블 더미 브리지 | (52) | <17 | <40 | 52 | 5.6 | |
파노로나 | 45 | 21 | 46 | 44 | 11 | [68] |
나인 멘스 모리스 | 24 | 10 | 50 | 50 | 10 | [63] |
타불트 | 81 | 27 | [69] | |||
국제식 체커 (10x10) | 50 | 30 | 54 | 90 | 4 | [63] |
차이니즈 체커 (2인용) | 121 | 23 | 180 | [70] | ||
차이니즈 체커 (6인용) | 121 | 78 | 600 | [70] | ||
리버시 (오델로) | 64 | 28 | 58 | 58 | 10 | [63] |
OnTop (2p base game) | 72 | 88 | 62 | 31 | 23.77 | [71] |
라인스 오브 액션 | 64 | 23 | 64 | 44 | 29 | [72] |
오목 (15x15, 자유형) | 225 | 105 | 70 | 30 | 210 | [63] |
헥스 (11x11) | 121 | 57 | 98 | 50 | 96 | [60] |
체스 | 64 | 44 | 123 | 70 | 35 | [73] |
비주얼드 (8x8) | 64 | <50 | 70 | [74] | ||
GIPF | 37 | 25 | 132 | 90 | 29.3 | [75] |
육목 | 361 | 172 | 140 | 30 | 46000 | [76] |
백개먼 | 28 | 20 | 144 | 55 | 250 | [77] |
중국 장기 | 90 | 40 | 150 | 95 | 38 | [63][78][79] |
아발론 | 61 | 25 | 154 | 87 | 60 | [80][81] |
하바나 | 271 | 127 | 157 | 66 | 240 | [60][82] |
트윅스트 | 572 | 140 | 159 | 60 | 452 | [83] |
장기 | 90 | 44 | 160 | 100 | 40 | [79] |
쿼리도 | 81 | 42 | 162 | 91 | 60 | [84] |
카르카손 | 72 | >40 | 195 | 71 | 55 | [85] |
아마존 (10x10) | 100 | 40 | 212 | 84 | 374 또는 299 | [86][87][88] |
쇼기 | 81 | 71 | 226 | 115 | 92 | [78][89] |
Thurn_and_Taxis (2 player) | 33 | 66 | 240 | 56 | 879 | [90] |
바둑 (19x19) | 361 | 170 | 505 | 211 | 250 | [63][91][92][93] |
아리마 | 64 | 43 | 402 | 92 | 17281 | [94][95][96] |
스트라테고 | 92 | 115 | 535 | 381 | 21.739 | [97] |
무한 체스 | 무한 | 무한 | 무한 | 무한 | 무한 | [100] |
매직 더 개더링 | 무한 | 언바운드됨 | 언바운드됨 | 무한 | 무한 | [101] |
3. 1. 틱택토
틱택토는 3x3 크기의 보드에서 진행되는 게임으로, 가능한 상태의 상한은 39 = 19,683이다.[1][2] 하지만 이 중에는 5개의 X가 있고 O가 없는 경우나, 두 플레이어 모두 3개의 행을 가진 경우 등 불가능한 경우도 포함되어 있다. 이러한 불가능한 경우를 제외하면 5,478가지의 상태가 존재한다. 또한, 위치의 회전 및 반사를 고려하면 765개의 본질적으로 다른 위치만 남는다.게임 트리를 살펴보면, 초기에는 9가지 가능한 이동이 있고, 그 다음에는 8가지 가능한 응답이 있는 등 최대 9! = 362,880개의 게임이 가능하다. 하지만 실제로는 9번 미만의 이동으로 게임이 끝날 수 있으므로, 가능한 게임은 255,168개이다. 여기서 위치의 회전 및 반사를 고려하면 26,830개의 가능한 게임만 남는다.
틱택토의 계산 복잡성은 일반화 방식에 따라 달라진다. 일반적인 ''m'',''n'',''k''-게임은 ''m'' x ''n'' 크기의 보드에서 진행되며, ''k''개를 연속으로 먼저 놓는 플레이어가 승리한다. 이 게임은 전체 게임 트리를 검색하여 DSPACE(''mn'')에서 해결할 수 있으며, 이는 PSPACE 복잡도 클래스에 해당한다. 더 나아가 PSPACE-완전 문제임이 밝혀졌다.[3]
3. 2. 차이니즈 체커
샹치|중국어 발음중국어에 대한 내용은 중국 장기 문서를 참고하고, Chinese Checkers|영어 발음영어에 대한 내용은 차이니즈 체커 문서를 참고하라.주어진 소스에는 차이니즈 체커에 대한 내용이 없다. 따라서, 섹션 제목에 해당하는 내용을 작성할 수 없다.
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