We settle two long-standing complexity-theoretical questions-open since 1981 and 1993-in combinatorial game theory (CGT). We prove that the Grundy value (a.k.a. nim-value, or nimber) of Undirected Geography is PSPACE-complete to compute. This exhibits a stark contrast with a result from 1993 that Undirected Geography is polynomial-time solvable. By distilling to a simple reduction, our proof further establishes a dichotomy theorem, providing a "phase transition to intractability" in Grundy-value computation, sharply characterized by a maximum degree of four: The Grundy value of Undirected Geography over any degree-three graph is polynomial-time computable, but over degree-four graphs-even when planar and bipartite-is PSPACE-hard. Additionally, we show, for the first time, how to construct Undirected Geography instances with Grundy value $\ast n$ and size polynomial in n. We strengthen a result from 1981 showing that sums of tractable partisan games are PSPACE-complete in two fundamental ways. First, since Undirected Geography is an impartial ruleset, we extend the hardness of sums to impartial games, a strict subset of partisan. Second, the 1981 construction is not built from a natural ruleset, instead using a long sum of tailored short-depth game positions. We use the sum of two Undirected Geography positions to create our hard instances. Our result also has computational implications to Sprague-Grundy Theory (1930s) which shows that the Grundy value of the disjunctive sum of any two impartial games can be computed-in polynomial time-from their Grundy values. In contrast, we prove that assuming PSPACE $\neq$ P, there is no general polynomial-time method to summarize two polynomial-time solvable impartial games to efficiently solve their disjunctive sum.


翻译:我们解决了两个长期复杂的理论问题,自1981年和1993年的组合游戏理论(CGT ) 。 我们证明非方向地理的格伦迪值(a.k.a.a.nim-value,或nimber)已经完全可以计算。 这与1993年的结果形成了鲜明的对比,即非方向地理是多元的,可以溶解到简单的减少,我们的证据进一步在格伦迪值计算中确立了一种分解的理论,提供了一种“向可吸引性过渡的阶段性 ” (CGT ) 。 我们明显地以四个最高程度为特征的“不偏斜度 ” (a.k.a.a.a.a.a.a.n. n-a.a.a.a.a.a.a.a.a.a.d

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