围棋有多少个棋子（围棋黑棋有多少颗）

　　作者刘洋洲
　　来源转自知乎专栏《万物皆数也》，数学英才获授权转载，在此感谢！
　　据先秦典籍《世本》记载：尧造围棋，丹朱善之。作为距今约有四千年历史的古老游戏，究竟与数学有何缘分？本文尝试叙述之。
　　图论预备知识
　　我们先了解一下关于图的基本概念。
　　无论是东方的星宿或是西方的星座，都是古人对于图论最初的应用。事实上，围棋本身极可能起源于上古天文学，围棋棋盘中心点称为天元，其余8个特殊位置的点称为星位（图2）。
　　图1
　　图2：标准围棋棋盘
　　所谓图（Graph），是由一些离散的点以及连接这些点的边所构成。我们将图记为，其中表示顶点集（vertexset），表示边集（edgeset）。如果两顶点之间存在边，则说两者相邻，记为，此外连接两者的边也可以说与此两点相邻。
　　显然围棋棋盘是一个图，记为。我们把下棋落子的过程视为构造子图的过程，所谓子图即满足：
　　我们定义图的商运算：将子图整体替换为一个顶点，保持子图之外的顶点以及与不相邻的边不变，凡是与相邻的边，则将此边的端替换为。
　　图3：图的商运算。将喜变成吉。这个图源于剪纸。
　　我们说两个顶点是道路连通，即存在一系列首尾相接的边构成的道路，分别以此两点为首尾端点（如果道路首尾端点是同一个点，则称道路为圈）。连通的概念也可以推广到图与图之间。一个图可能是由若干个不连通的子图构成，如果把漫天的星座视为一个巨大的图，则每个连通的星座可以被称为连通分支。
　　图4：左右两个连通分支，左边分支是一条黄色的道路；右边分支是黄色的圈。
　　还有一个从图论诞生之初就产生的概念度（degree）：与顶点相邻的边的个数，记为见图5，例如白羊座（Aries）的星（星座中最亮的星）的度数是3；拥有最高度数点的星座是天秤座（Libra）和天蝎座（Scorpio），它们的星的度数都是是4。
　　图5：黄道十二宫。
　　下文中我们会看到度与围棋中的气的概念息息相关。
　　围棋规则简介
　　先来简单介绍一下围棋的基本规则。
　　何为气？
　　在围棋中有一个核心概念，那就是气，也就是一块棋在棋盘上的生命值。
　　图6：白子提吃黑子的过程
　　如上图，一颗子在棋盘腹地（非边界）有上下左右四口气，当这四气被对方全部围堵住的话，棋子就会被对方提吃。特别地，当棋子在棋盘边线而非四角时，棋子有三气；当棋子在四角，棋子仅有两气。
　　围棋棋盘是一个简单平面图：棋盘中腹的点，度数为4，边界而非四角的点，度数为3，四角的点度数为2。
　　同属于一个连通分支的同色棋子，我们称为一块棋。
　　图7：黑棋共有4个分支，白棋只有一个。而且白棋马上就会被提吃，这个棋形在围棋术语中称为滚打包收。
　　前面我们介绍的是一个顶点的度，我们可以把这个概念推广到连通子图上，即考虑连通子图的度气的定义
　　记棋盘为图，考虑盘面上某块棋子构成连通子图，两者进行商运算，定义的气：
　　何为目？
　　目的定义
　　简单来说，某一方所围区域内的交叉点数即为目数。目是最终结算双方收益的基本单位。判断胜负的总目数分为两个部分：盘面目数、对方死子数（已提和未提）。
　　中国规则是数子法：不考虑敌我双方的死子，只考虑占领的格点数目，包括活棋自身所占领的格点。数目法源自唐代，后东传日本。
　　从图论的角度讲，围棋比拼的是对弈双方构造有效连通分支的过程。连通分支对盘面起到了分割的作用。谁的有效连通分支长得好，散布得快，盘踞得广，谁就获胜。可见，围棋非常能体现生命占领空间、获取更多资源的特点。大数学家康威正是基于围棋而发明了元胞自动机生命游戏。
　　接下来我们就可以讨论围棋中所涉及的数学问题了。
　　问题一：气数
　　一块棋的气数是由哪些因素决定？是否有计算公式？
　　子数
　　直觉上棋子越多，气越多，所以棋子数是一个重要的因素。
　　图7
　　如果棋子如上图线性排列，那么容易得到计算公式：
　　这个公式说明，除了首尾两颗棋的气数是3气，其余中间的棋皆贡献2气。这与有机化学中的饱和碳链连接氢原子个数公式一致，正因为碳原子最外层电子可以与四个氢原子的单电子配对，这和围棋一子有四气相同。
　　然而在真实的对弈中，棋形往往十分复杂，只贡献1气甚至是0气的棋子也是极有可能的。
　　愚形
　　愚形在围棋术语里是指效率低下的棋形。
　　图8：各种愚形。
　　拐
　　当棋子发生拐时（拐，围棋术语），拐角两子共用一口气，也就是说拐头给整块棋仅贡献了1气（见图9）。
　　图9
　　此时公式（1）应当修正
　　图10：此棋形叫做扭羊头，一旦陷入此情形，黑棋应当尽早放弃逃跑，因为越跑只会输的越多。
　　如图10，如果不考虑白棋，黑棋的气数可以通过公式（2）计算：
　　即黑棋拐了6次，计算结果和真实气数一致。正是因为拐本身提供的气的效率不高（2气子），所以才会被对方不断索命。这正是扭羊头形成的原因。
　　应当注意的是，此公式适合计算同方向（顺时针或逆时针）拐与拐之间不是很近的情况（扭羊头是反向拐相间），否则气数会更少。图11：连续的同向拐会导致若干子共用一口气。这个棋形称为活眼，简称眼，两个连通的活眼就是活棋，即对方绝对不能提吃的棋。
　　图12：活眼在棋盘边、角、中腹的三种形态。角眼有两子共用一口气；边眼三子共用一口气；腹眼四子共用一口气。
　　丁四
　　图13：丁四。新增加的子并没有带来额外的气。
　　团
　　图14：方四。新增一气。
　　容易看出图8中其余的愚形皆可以视为上述三种愚形的组合。
　　跳、双
　　图15：一子为跳，二字为双。
　　这种近距离的平行关系也会造成气的共用。
　　边角效应
　　最后考量一下在边角行棋的特殊情况。
　　图16：立（招法），即下在一路，使得原本悬空的棋站立在边界上。
　　立只提供1气。不过在做死活题的时候，立往往会造成对方不入气（使得对方无法延气而束手就擒），这个杀招就是著名的金鸡独立。
　　气的公式
　　综上，我们可以得到气数公式：
　　其中愚形损气可以细分为：