Терраформинг - немного математики


Терраформинг. Дитя Саргоны (хотя не исключено, что родители у него совсем другие). Помню, сначала он мне не понравился. То есть сама идея не понравилась. Чисто интуитивно и безосновательно. Помню, даже в конференции я достаточно активно протестовал против введения терраформинга на Московском сервере. Впрочем, я и сейчас не "за", хотя отношение к нему изменилось после того, как моя расса появилась в Галактике dg83 и активно начала этот самый терраформинг использовать. Пусть уж процветает на Саргоне. Но больше всего мне стал интересен он именно тем, что предсказуем. Полностью. Это не битва - сплошная теория вероятностей. Здесь все математически точно. И вот эта самая точность и побудила меня написать небольшое исследование.

Эта страничка призвана исследовать и математически обосновать некоторые закономерности терраформинга. По ходу дела будут ставиться вопросы и даваться ответы. А Вы уже можете использовать готовый результат, или пройти по цепи рассуждений, или искать ошибки, или дополнить - как Вам нравится.


Что-то вроде оглавления



Во всех рассуждениях (если явно не оговорено иначе) предполагается следующее:


Обозначения:

Параметр До терраформинга После терраформинга
Размер планеты SIZE0 SIZE
Ресурсы планеты RES0 RES
Производство на планете P0 P
Производимая масса корабля (за ход) Msh0 Msh
Производимая КАПа (за ход) Mcap0 Mcap

Основные зависимости:

  1. Количество производственных единиц, затрачиваемых на производство 1 единицы массы корабля
    Psh1 = 10 + 1 / RES
  2. Количество производственных единиц, затрачиваемых на производство 1 единицы массы КАПы
    Psh1 = 5 + 1 / RES

Вопрос 1. Когда терраформинг выгоден.

Вообще на планетах производятся 4 вида продукции - МАТа, КАПа, корабли и наука.
Проще всего с МАТой - производство ее однозначно падает до 1.1*0.7=0.77 первоначального уровня, и наукой - ее производство однозначно растет до 1.1 первоначального уровня. Поэтому исследуем изменение производства КАПы и массы кораблей.
Начнем с производимой массы корабля. До терраформинга производство массы составляет:

Msh0 = SIZE0 / (10 + 1 / RES0)

После терраформинга производство массы составляет:

Msh = SIZE / (10 + 1 / RES)

Очевидно, что граничным случаем, когда терраформинг выгоден, является равенство производства массы до и после него, то есть когда

Msh0 = Msh

Если произвести все подстановки и преобразования, то получается следующий результат:

RES0 = (1 - 1.1 * 0.7) / 0.7 = 0.328
RES = 1 - 1.1 * 0.7 = 0.23

То есть для производства массы корабля терраформинг выгоден, если после него ресурсы планеты составят 0.23 или более. Соответственно, для терраформинга на производство кораблей пригодны планеты, имеющие ресурсы 0.328 или более.

Если проделать аналогичные выкладки для производства КАПы, то получим:

RES0 = (1 - 1.1 * 0.7) / (0.7 * 0.5) = 0.657
RES = 1 - 1.1 * 0.7 = 0.46

То есть для производства КАПы терраформинг выгоден, если после него ресурсы планеты составят 0.46 или более. Соответственно, для терраформинга на производство КАПы пригодны планеты, имеющие ресурсы 0.657 или более.

Побочным результатом выкладок является вывод о том, что выгодность терраформинга не зависит от размеров планеты. Естественно, если размер планеты после терраформинга не превысит установленного максимума в 2500.

Однако следует учесть, что даже если исходная планета имеет ресурсы чуть ниже пограничных, она пригодна для терраформинга, если часть ее производственных ресурсов использовать на другие нужды, а именно на апгрейд. Подобрав соответствующим образом корабль для апгрейда, можно не дать ресурсам планеты опуститься ниже критической отметки.


Вопрос 2. Как оптимально проводить терраформинг.

Более пристальный анализ механизма терраформинга, однако, приводит к неожиданному результату. Заключается он в следующем - хотя при последовательном выполнении нескольких терраформингов ресурсы планеты меняются нелинейно, на каждом отдельном шаге изменение параметров планеты линейно. И именно в этом заключается неожиданный вывод: чем меньше скачки при производстве терраформинга, тем более выгодным он становится, поскольку он становится все ближе к экспоненциальному.

Продемонстрируем это на примере. Сравним результаты терраформинга в двух случаях - когда планета за один ход увеличивает размеры, и когда за 2, но половинной дозой производства.

Возьмем обычный HW. Исходный размер - 1000, ресурсы - 10. Производство массы корабля - 1000 / (10 + 1 / 10) = 90.01
Используем сразу 1000 производственных единиц. Размер станет 1000 + 0.1 * 1000 = 1100, ресурсы 10 * (1 - 0.3 * 1000 / 1000) = 7, производство массы корабля 1100 / (10 + 1 / 7) = 108.45.

Теперь используем 1000 производственных единиц за 2 хода - по 500 на каждом ходу. На первом ходу размер станет 1000 + 0.1 * 500 = 1050, на втором - 1050 + 0.1 * 500 = 1100, ресурсы на первом 10 * (1 - 0.3 * 500 / 1000) = 8.5, на втором - 8.5 * (1 - 0.3 * 500 / 1050) = 7.29. Производство массы корабля после двух терраформингов - 1100 / (10 + 1 / 7.29) = 108.51.

Вот так. Оказывается, что чем мельче шаги, тем выгоднее терраформинг. Разница, конечно, незначительная, но сам факт довольно интересен. Он приводит к тому, что, если часть ресурсов планеты используется, например, на апгрейд, то остаток можно пустить не только на МАТу, науку, строительство дронов, но и на терраформинг. То есть появляется еще одна степень свободы. Тем более что в таком случае даже планета, с которой вывезли весь КОЛ, может уже сразу на следующем ходу работать на полную катушку (при условии, что на планете был достаточный запас КАПы).


Вопрос 3. Когда делать КАПу.

Вопрос на самом деле не праздный. Для начала покажем это на примере.

Возьмем стандартный ХВ. Можно сначала провести терраформинг и затем достроить необходимое количество промышленности, а можно и наоборот - сначала создать запас промышленности, а затем провести терраформинг.

Вариант 1 - сначала КАПа.

SIZE=Население=Промышленность=1000. Количество производимой за год КАПЫ составляет

Mcap=Продукция/(5+1/RES)=1000/(5+1/10)=196.08 ед.

Вариант 2 - сначала терраформинг.

Допустим, что на планете имеется 2% запас КОЛа, то есть после терраформинга планета оказывается заселенной полностью.
После терраформинга SIZE=Население=1100; Промышленность=SIZE0=1000. Продукция планеты составляет Население*0.25+Промышленность*0.75=1100*0.25+1000*0.75=1025. Количество производимой за год КАПЫ составляет

Mcap=Продукция/(5+1/RES)=1025/(5+1/7)=199.31 ед.

Теперь допустим, что на планете запас КОЛа отсутствует.
После терраформинга SIZE=Население=1080; Промышленность=SIZE0=1000. Продукция планеты составляет Население*0.25+Промышленность*0.75=1080*0.25+1000*0.75=1020. Количество производимой за год КАПЫ составляет

Mcap=Продукция/(5+1/RES)=1020/(5+1/7)=198.33 ед.

В результате получается, что для ХВ выгоднее сначала провести терраформинг, а потом уже достроить недостающую КАПу. Причем независимо от того, есть на планете запас КОЛа или нет.

Попробуем получить аналитическое выражение, или, точнее, посчитать, при каком значении ресурсов становится выгоднее сначала производить КАПУ, а потом терраформинг.
При производстве КАПы до терраформинга ее количество, производимое за год, составляет:

Mcap0=SIZE0/(5+1/RES0)

При производстве КАПы после терраформинга ее количество, производимое за год, составляет (берем вариант, когда КОЛ в избытке):

Mcap=SIZE/(5+1/RES)=(SIZE0*1.1*0.25+SIZE0*0.75)/(5+1/(RES0*0.7))

Пограничное значение ресурсов (как показано ранее, размеры планеты не влияют не результат), то есть значение, при котором Mcap0=Mcap, составит (после проведения соответствующих преобразований получим):

R0=3.23
R=2.26

То есть, если ресурсы планеты 3.23 или более, выгоднее сначала провести терраформинг, а потом достроить КАПу, а если ниже 3.23, то сначала надо построить КАПу, и уж потом проводить терраформинг.


Вопрос 4. Как быстро окупается терраформинг.

Как и в любой игре, содержащей элементы экономики, прежде чем затрачивать ресурсы на изготовление чего-либо, необходимо определить выгодность затрат и срок их окупаемости. Возможно, что ресурсы будут потрачены неэффективно, и не успеют принести необходимой прибыли до конца игры...
В связи с этим попробуем просчитать сроки окупаемости затрат на терраформинг. Расчеты проведем, как обычно, для стандартного HW. Как показано выше, эффективность терраформинга не зависит от размеров планеты, следовательно, полученные результаты могут быть масштабированы на любую другую планету. И, поскольку ранее было показано, что производство МАТы на планете однозначно падает, рассмотрим только эффективность терраформинга при производстве науки, КАПы и кораблей.

SIZE0=1000
RES0=10
SIZE=1100
RES=7

1 год потрачен на терраформинг, еще 1 год придется потратить на производство недостающей КАПы. Общее затраченное время составит 2 года, правда, образуются некоторые излишки КАПы, которые могут быть вывезены на другие планеты, но этим пока пренебрежем.
Итак, сколько же лет нужно на компенсацию потерь? Проще всего с наукой - за 2 года работы ХВ потери составят 2000 производственных единиц. Поскольку после терраформинга каждый год планета будет давать дополнительно 100 производственных единиц, потери компенсируются за 20 лет, и только потом начнут приносить прибыль... Немало, однако.

Теперь посчитаем время, за которое окупятся (формально) затраты при производстве кораблей.

Msh0=SIZE0/(10+1/RES0)=1000/(10+1/10)=99.01
Msh=SIZE/(10+1/RES)=1100/(10+1/7)=108.45

Потери за время производства терраформинга составят 99.01*2=198.02 кг флота, время компенсирования потерь - 198.02/(108.45-99.01)=21 год.

Теперь посчитаем время компенсирования потерь при производстве КАПЫ. Как показано ранее, для планеты с ресурсами 10 сначала надо провести терраформинг, а потом достроить КАПу.

Mcap0=SIZE0/(5+1/RES0)=1000/(5+1/10)=196.08
Mcap=SIZE/(5+1/RES)=1100/(5+1/7)=213.89

Потери за время производства терраформинга составят (с учетом того, что после терраформинга на следующем ходу будет построено 199.31 кг КАПы, из которых 100 кг израсходуются на компенсацию недостающей промышленности) 196.08*2-(199.31-100)=292.85 кг КАПы, время компенсирования потерь - 292.85/(213.89-196.08)=17 лет.

Итак, исследование однократного терраформинга приводит к выводу, что он может оказаться выгоден, если проводится на первых годах развития, то есть прибыль от терраформинга получается на 25-30 годах, когда еще не ведутся глобальные войны. Впрочем, если у Вас оказался неспокойный сосед, то Вы можете и потерять темп... Кроме того, результат, полученный для массы корабля, в достаточной степени формален, ведь на планете до и после терраформинга буду строиться разные по массе типы кораблей, так сказать, "разного качества". Это, пожалуй, в рамках строгой арифметики не учесть...

Если провести аналогичные расчеты для двух- и трехкратного терраформинга ХВ, то будут получены следующие результаты (для оптимального, с моей точки зрения, чередования терраформинг - производство КАПы):

Параметры При двукратном терраформинге При трехкратном терраформинге
Размер планеты 1202.5 1331
Ресурсы планеты 5.04 3.43
Производство массы корабля 117.88 129.33
Срок окупаемости по пр-ву массы корабля 16 лет 17 лет
Схема развития трехлетняя ТТК пятилетняя ТКТКТ
Примечание на планете имеется недостаток 0.4 ед. КАПы, после компенсации производство массы корабля составит 117.91 на планете имеется остаток 99.28 ед. КАПы
Полученные результаты позволяют сделать достаточно неожиданный, на первый взгляд, вывод: срок окупаемости затрат на терраформинг практически не зависит от количества проводимых терраформингов и составляет порядка 20 лет. Следовательно, имеет смысл, располагая достаточным временем (а обеспечить его может только дипломатия), на первых ходах интенсивно проводить увеличение размеров планеты. В то же время, как правило, совершенно бессмысленно проводить терраформинг после 30 лет, поскольку большинство партий заканчивается на 50-60 годах, то есть поздний терраформинг попросту не окупится.


... to be continued (maybe) ...


Главная страница Страница PBeM & Galaxy