IMPUTACJE I JĄDRO GRY

Podobne dokumenty
I. Podzielność liczb całkowitych

Pierwiastki z liczby zespolonej. Autorzy: Agnieszka Kowalik

Rekursja 2. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

MACIERZE STOCHASTYCZNE

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2012/13. Ciągi.

Analiza numeryczna. Stanisław Lewanowicz. Aproksymacja funkcji

Zestaw zadań do skryptu z Teorii miary i całki. Katarzyna Lubnauer Hanna Podsędkowska

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 11

Zdarzenia losowe, definicja prawdopodobieństwa, zmienne losowe

UKŁADY RÓWNAŃ LINOWYCH

201. a 1 a 2 a 3...a n a 2 1 +a 2 2 +a a 2 n n a 4 1 +a 4 2 +a a 4 n n. a1 + a 2 + a a n 204.

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1, zima 2016/17

Wektory Funkcje rzeczywiste wielu. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

D. Miszczyńska, M.Miszczyński KBO UŁ, Badania operacyjne (wykład 6 _ZP) [1] ZAGADNIENIE PRZYDZIAŁU (ZP) (Assignment Problem)

MATURA 2014 z WSiP. Zasady oceniania zadań

Znajdowanie pozostałych pierwiastków liczby zespolonej, gdy znany jest jeden pierwiastek

Analiza matematyczna. Robert Rałowski

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

Geometrycznie o liczbach

Ekonomia matematyczna 2-2

MATEMATYKA (poziom podstawowy) przykładowy arkusz maturalny wraz ze schematem oceniania dla klasy II Liceum

Poziom rozszerzony. 5. Ciągi. Uczeń:

Zadania z algebry liniowej - sem. I Liczby zespolone

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna A1, zima 2011/12. Kresy zbiorów. x Z M R

Egzaminy. na wyższe uczelnie zadania

MODELE MATEMATYCZNE W UBEZPIECZENIACH. 1. Renty

Trzeba pokazać, że dla każdego c 0 c Mc 0. ) = oraz det( ) det( ) det( ) jest macierzą idempotentną? Proszę odpowiedzieć w

Wykład 11. a, b G a b = b a,

Teoria. a k. Wskaźnik sumowania można oznaczać dowolną literą. Mamy np. a j = a i =

MINIMALIZACJA PUSTYCH PRZEBIEGÓW PRZEZ ŚRODKI TRANSPORTU

7 Liczby zespolone. 7.1 Działania na liczbach zespolonych. Liczby zespolone to liczby postaci. z = a + bi,

Przykładowy arkusz z rozwiązaniami. Arkusz II poziom rozszerzony

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2B, lato 2015/16

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

2 n < 2n + 2 n. 2 n = 2. 2 n 2 +3n+2 > 2 0 = 1 = 2. n+2 n 1 n+1 = 2. n+1

3. Funkcje elementarne

I. Ciągi liczbowe. , gdzie a n oznacza n-ty wyraz ciągu (a n ) n N. spełniający warunek. a n+1 a n = r, spełniający warunek a n+1 a n

Stwierdzenie 1. Jeżeli ciąg ma granicę, to jest ona określona jednoznacznie (żaden ciąg nie może mieć dwóch różnych granic).

Optymalizacja sieci powiązań układu nadrzędnego grupy kopalń ze względu na koszty transportu

x t 1 (x) o 1 : x s 3 (x) Tym samym S(3) = {id 3,o 1,o 2,s 1,s 2,s 3 }. W zbiorze S(n) definiujemy działanie wzorem

I kolokwium z Analizy Matematycznej

III. LICZBY ZESPOLONE

1 Twierdzenia o granicznym przejściu pod znakiem całki

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 1A, zima 2014/15. n = Rozwiązanie: Stosując wzór na wartość współczynnika dwumianowego otrzymujemy

ZADANIA PRZYGOTOWUJĄCE DO SPRAWDZIANÓW W KLASIE DRUGIEJ.

Kolorowanie Dywanu Sierpińskiego. Andrzej Szablewski, Radosław Peszkowski

Informatyka Stosowana-egzamin z Analizy Matematycznej Każde zadanie należy rozwiązać na oddzielnej, podpisanej kartce!

O pewnych zastosowaniach rachunku różniczkowego funkcji dwóch zmiennych w ekonomii

Statystyka matematyczna. Wykład II. Estymacja punktowa

Szeregi liczbowe i ich własności. Kryteria zbieżności szeregów. Zbieżność bezwzględna i warunkowa. Mnożenie szeregów.

Materiał ćwiczeniowy z matematyki Marzec 2012

PODSTAWOWE ZAGADNIENIA METODOLOGICZNE

Parametryzacja rozwiązań układu równań

Elementy rach. macierzowego Materiały pomocnicze do MES Strona 1 z 7. Elementy rachunku macierzowego

ma rozkład złożony Poissona z oczekiwaną liczbą szkód równą λ i rozkładem wartości pojedynczej szkody takim, że Pr( Y

Fraktale - ciąg g dalszy

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Szeregi liczbowe

ZADANIA Z TOPOLOGII I. PRZESTRZENIE METRYCZNE. II. ZBIORY OTWARTE I DOMKNIĘTE.

( ) WŁASNOŚCI MACIERZY

Przykładowe zadania dla poziomu rozszerzonego

Statystyka i rachunek prawdopodobieństwa

z przedziału 0,1. Rozważmy trzy zmienne losowe:..., gdzie X

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEOSTWA

Szereg geometryczny. 5. b) b n = 4n 2 (b 1 = 2, r = 4) lub b n = 10 (b 1 = 10, r = 0). 2. jest równa 1 x dla x = 1+ Zad. 3:

Permutacje. } r ( ) ( ) ( ) 1 2 n. f = M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I Wykład 2-2

Metrologia: miary dokładności. dr inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: Badania operacyjne. Temat ćwiczenia: Problemy transportowe cd, Problem komiwojażera

a n 7 a jest ciągiem arytmetycznym.

Zadanie 3. Na jednym z poniższych rysunków przedstawiono fragment wykresu funkcji. Wskaż ten rysunek.

CIĄGI LICZBOWE. Poziom podstawowy

X i. X = 1 n. i=1. wartość tej statystyki nazywana jest wartością średnią empiryczną i oznaczamy ją symbolem x, przy czym x = 1. (X i X) 2.

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

8. Optymalizacja decyzji inwestycyjnych

Egzamin maturalny z matematyki CZERWIEC 2011

Podstawy informatyki 2. Podstawy informatyki 2. Wykład nr 9 ( ) Plan wykładu nr 9. Politechnika Białostocka. - Wydział Elektryczny

Klucz odpowiedzi do zadań zamkniętych oraz schematy oceniania zadań otwartych. Matematyka. Poziom podstawowy

Joanna JASZUŃSKA, Warszawa. Centrum Studiów Zaawansowanych, Politechnika Warszawska

ZAGADNIENIE ESTYMACJI. ESTYMACJA PUNKTOWA I PRZEDZIAŁOWA

1 Układy równań liniowych

Elementy nieliniowe w modelach obwodowych oznaczamy przy pomocy symboli graficznych i opisu parametru nieliniowego. C N

Analiza Matematyczna I dla Inżynierii Biomedycznej Lista zadań

O liczbach naturalnych, których suma równa się iloczynowi

Chemia Teoretyczna I (6).

Arkusz ćwiczeniowy z matematyki Poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. W zadaniach od 1. do 21. wybierz i zaznacz poprawną odpowiedź. 1 C. 3 D.

ANALIZA DRGAŃ POPRZECZNYCH PŁYTY PIERŚCIENIOWEJ O ZŁOŻONYM KSZTAŁCIE Z UWZGLĘDNIENIEM WŁASNOŚCI CYKLICZNEJ SYMETRII UKŁADU

METODY NUMERYCZNE dr inż. Mirosław Dziewoński

ALGEBRA LINIOWA Informatyka 2015/2016 Kazimierz Jezuita. ZADANIA - Seria 1. Znaleźć wzór na ogólny wyraz ciągu opisanego relacją rekurencyjną: x

Moduł 4. Granica funkcji, asymptoty

BADANIA DOCHODU I RYZYKA INWESTYCJI

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

1. Granica funkcji w punkcie

KADD Metoda najmniejszych kwadratów

P ( i I A i) = i I P (A i) dla parami rozłącznych zbiorów A i. F ( ) = lim t F (t) = 0, F (+ ) = lim t + F (t) = 1.

OBLICZANIE NIEPEWNOŚCI METODĄ TYPU B

Kongruencje Wykład 4. Kongruencje kwadratowe symbole Legendre a i Jac

Funkcja wykładnicza i logarytm

METODY I ZASTOSOWANIA SZTUCZNEJ INTELIGENCJI. LABORATORIUM nr 01. dr inż. Robert Tomkowski

Zasada indukcji matematycznej. Dowody indukcyjne.

Internetowe Kółko Matematyczne 2004/2005

Transkrypt:

IMPUTACJE I JĄDRO GRY Staisław Kowalik Katedra Zarządzaia i Iżyierii bezpieczeństwa, Politechika Śląska Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Polska e-mail: Staislaw.Kowalik@polsl.pl Abstrakt: Praca dotyczy gier -osobowych kooperacyjych. Na przykładzie gry 3-osobowej przedstawioo możliwe wypłaty dla różych koalicji w tej grze oraz dla poszczególych graczy. Następie określoo fukcję charakterystyczą gry. Wykorzystując fukcję charakterystyczą gry zdefiiowao pojęcie imputacji i jądra gry. Zbiór imputacji i jądro gry zilustrowao a rysuku. Abstract: The work cocers the game -perso cooperative. For example, the game 3-perso the possible paymets to the various coalitios i the game ad for idividual players. The the characteristic fuctio game. Usig the characteristic fuctio of the game defied the cocept of imputatio ad ucleus of the game. Sets of imputatio ad ucleus of the game illustrated i the picture. 1. Kooperacyje gry -osobowe N-osobowa gra w postaci ormalej określoa jest przez: 1) zbiór złożoy z graczy, 2) zbiorów strategii S 1, S 2,, S, gdzie S i jest zbiorem strategii i-tego gracza, 3) fukcji wypłat W 1, W 2,, W o wartościach rzeczywistych, gdzie W i (s 1, s 2,, s ) jest wypłatą dla gracza i-tego, gdy gracz 1 używa strategii s 1, gracz 2 używa strategii s 2, i gracz używa strategii s. W grach -osobowych występuje możliwość tworzeia koalicji. Gdy graczy jest dużo, to liczba możliwych koalicji jest ogroma. Przez kooperację graczy rozumiemy uzgodieie między imi stosowaych strategii. Celem kooperacji jest osiągięcie lepszego wyiku gry dla tworzeia koalicji. Osoby problem staowi podział zysków dla graczy tworzących koalicję. Nasze rozważaia zilustrujemy dla gry a przykładzie 1. Rozważymy kolejo możliwość i opłacalość stworzeia koalicji przez wszystkich trzech graczy A, B i C jedocześie. Następie rozważymy koalicję graczy B i C przeciw graczowi A, potem koalicję graczy A i C przeciw graczowi B, a a końcu koalicję graczy A i B przeciw graczowi C. 128

Przykład 1 [3] Daa jest 3-osobowa gra, w której gracz A ma 3 strategie α 1, α 2, α 3, gracz B ma 2 strategie β 1, β 2, i gracz C ma 2 strategie γ 1, γ 2. W 1 ozacza wypłatę dla gracza A, W 2 dla gracza B, a W 3 dla C. Wypłaty w tej grze przedstawioe są w tabeli 1. Wypłaty w 3-osobowej grze Tabela 1 Numery strategii Wartości wygraych α β γ W 1 W 2 W 3 1 1 1 1 5 8 1 1 2 3 0 7 1 2 1 9 6 2 1 2 2 7 1 4 2 1 1 3 0 5 2 1 2 0 8 1 2 2 1 2 3 9 2 2 2 8 7 3 3 1 1 4 6 5 3 1 2 5 2 4 3 2 1 1 4 9 3 2 2 6 5 4 Możliwe wypłaty przy różych koalicjach pokazae są w tabeli 2. Wypłaty dla różych wariatów koalicyjych gry Strategie dla A dla B Tabela 2 dla C Bez kooperacji, a podstawie strategii mieszaych 0.2727α 1 +0.7373α 3 ; β 2 ; 0.5γ 1 +0.5γ 2 3.1818 1 3 Bez kooperacji z wykorzystaiem puktu rówowagi (α 3, β 1, γ 1 ) 4 6 5 Koalicja A, B, C; (α 2, β 2, γ 2 ) 4.8 7.2 6 Koalicja B, C przeciw A; 0.2727α 1 +0.7373α 3 ; 0.3333β 1 γ 1 +0.6667β 2 γ 1 3.1818 2.4167 7.25 Koalicja A, C przeciw B; (α 1 γ 1, β 2 ) 5.6617 6 5.3383 Koalicja A, B przeciw C; 0.5882α 1 β 2 +0.4118α 2 β 2 ; 0.5γ 1 +0.5γ 2 8.2101 2.6023 3 Okazuje się, że spośród rozważaych przypadków tej gry ie ma jedego ajlepszego dla wszystkich. Najbardziej korzysta wydaje się koalicja wszystkich trzech graczy, dająca wypłaty (4.8, 7.2, 6), oraz koalicja A i C, dająca wypłaty (5.6617, 6, 5.3383). Gracze po takiej aalizie mogliby też uzgodić iy podział zysków, tak aby określoa koalicja była satysfakcjoująca pod względem wypłat wszystkich jej człoków. Określoy gracz mógłby też dokoać pewych dodatkowych, uboczych wypłat pozostałym graczom, w celu akłoieia ich a iy wariat strategii. 129

2. Fukcja charakterystycza gry Ze wzrostem liczby uczestików gry rośie ogromie możliwość tworzeia różych koalicji (tak pod względem liczebości koalicji, jak i składu). Powoduje to, że zastosowaie wygodych metod wykorzystujących gry iekooperacyje do opisu gier kooperacyjych, staje się bardzo iewygode lub wręcz iemożliwe. Stworzoo więc ią metodę opisu gier kooperacyjych za pomocą tzw. fukcji charakterystyczej określoej a rodziie podzbiorów zbioru wszystkich uczestików gry. W celu oszacowaia, jaka koalicja ma szasę powstać i jaką siłą dyspouje, defiiuje się fukcję charakterystyczą. Zakładamy, że mamy zbiór I = {1, 2,..., } złożoy z graczy. Dla dowolej koalicji S obliczamy strategię mieszaą, która gwaratuje jej wygraą ν(s), iezależie od tego, jakich strategii użyje kokurecja. Pozostałych graczy iewchodzących do koalicji, traktuje się jak atykoalicję. Koflikt między koalicją a atykoalicją staowi grę dwuosobową o sumie zerowej. Wartość ν(s) obliczamy dla każdej możliwej koalicji, tworząc w te sposób fukcję ν, której dziedzią są podzbiory zbioru I = {1, 2,..., }, a wartościami liczby rzeczywiste. Fukcja ν spełia dwie własości [4]: 1) ν( ) = 0, 2) jeżeli R i S są dwoma rozłączymi podzbiorami graczy, to: ν(r S) ν(r)+ν(s). (1) Symbol w pierwszej własości ozacza zbiór pusty (brak graczy). Waruek te odzwierciedla iemoc strategiczą zbioru pustego. Własość druga ozacza, że dowola koalicja jest co ajmiej tak sila, jak dowola para podkoalicji rozłączych. Dla przykładu 1 (tabela 2) fukcja ν(s) przedstawia się astępująco: Tabela 3 Fukcja charakterystycza dla przykładu 1 Koalicja S {A} {B} {C} {A, B} {A, C} {B, C} {A, B, C} ν(s) 0 3.1818 1 3 10.8824 11 9.6667 18 Z tej tabeli wyika, że ajwiększą siłą dyspoują koalicje w kolejości {A, B, C}, {A, C}, {A, B} i {B, C}. 3. Imputacje Rozważaia wcześiejsze dotyczyły siły możliwych, różych koalicji w -osobowej grze z wypłatami uboczymi. Teraz zajmiemy się zagadieiem, jakie wypłaty mogą otrzymać gracze a końcu gry. Ozaczymy przez x i wypłatę i-tego gracza. Wtedy zbiór wypłat wszystkich graczy staowi -kę (wektor) liczb rzeczywistych (x 1, x 2,..., x ). Defiicja 1 Wektor (x 1, x 2,..., x ) azywa się idywidualie racjoalym, jeżeli: ν({i}). (2) i I x i Defiicja 2 Wektor (x 1, x 2,..., x ) azywa się optymalym w sesie Pareto, jeżeli: x = ν(i ). (3) i I i 130

Defiicja 3 Wektor (x 1, x 2,..., x ) idywidualie racjoaly i optymalym w sesie Pareto azywa się imputacją gry z fukcją charakterystyczą ν. Imputacja gry spełia waruki (2) i (3). Jest to pewa racjoala propozycja podziału łączej wypłaty między graczy. Waruek (2) mówi, że wypłata każdego gracza powia być co ajmiej taka, jak jego wartość fukcji charakterystyczej. Natomiast waruek (3) mówi, że suma wypłat wszystkich graczy powia rówać się wartości fukcji charakterystyczej dla koalicji utworzoej z wszystkich graczy. Przykład 2 [3] Daa jest gra określoa przez fukcję charakterystyczą ν. Wartości tej fukcji podae są w tabeli 4. Tabela 4 Gra dla przykładu 2 Koalicja S {A} {B} {C} {A, B} {A, C} {B, C} {A, B, C} ν(s) 0 2 2 3 5 7 8 12 Zbiór imputacji tej gry określoy jest przez waruki: x 1 2, x 2 2, x 3 3, x 1 + x 2 + x 3 = 12. Zbiór te pokazay został a rysuku 1. Trójkąt o wierzchołkach (12, 0, 0), (0,12, 0), (0, 0, 12) odzwierciedla graficzie zależość x 1 + x 2 + x 3 = 12, iymi słowy, pukty (x 1, x 2, x 3 ), ależące do tego trójkąta, spełiają tę rówość. Dodatkowe ograiczeia x 1 2, x 2 2, x 3 3 powodują, że zbiór imputacji jest zawężoy do miejszego, zaciemioego trójkąta. Zaciemioy trójkąt zawarty jest w większym trójkącie (leży a tej samej płaszczyźie). Tak więc zbiór imputacji staowią pukty (x 1, x 2, x 3 ) zawarte w trójkącie o wierzchołkach (7, 2, 3), (2, 7, 3), (2, 2, 8). Rys. 1. Zbiór imputacji dla przykładu 2 [3] Rys. 2. Jądro gry dla przykładu 2 [3] 4. Jądro gry Bardzo iteresującą propozycją podziału łączej wypłaty jest rozwiązaie ależące do tzw. jądra gry. Jądro jest pewym zawężeiem zbioru imputacji. 131

Defiicja 4 Zbiór wektorów (x 1, x 2,..., x ), spełiających waruek: x (S), (4) i ν S I i S azywa się jądrem gry. Żada grupa graczy koalicji S ie ma ai możliwości, ai też żadych racjoalych przesłaek, aby doprowadzić do imputacji ieależącej do jądra gry [1]. Zasadiczym makametem tego rozwiązaia jest fakt, że dla wielu gier jądro jest zbiorem pustym. Aby otrzymać jądro gry, do waruków określających imputację dodaje się jeszcze waruki dotyczące poszczególych koalicji. Waruek (2), dotyczący idywidualej racjoalości, odosi się do poszczególych graczy. Waruek (3), dotyczący optymalości w sesie Pareto, odosi się do jedej łączej koalicji utworzoej z wszystkich graczy. Waruek (4) mówi atomiast, że poszczególe koalicje powiy mieć zagwaratowae (lub większe) wypłaty określoe przez wartości fukcji charakterystyczej tych koalicji. Dla gry z przykładu 2, opisaej w tabeli 4 określimy jądro gry. Do waruków określających zbiór imputacji: x 1 2, x 2 2, x 3 3, x 1 + x 2 + x 3 = 12, dodamy jeszcze waruki związae z koalicjami: x 1 + x 2 5, x 1 + x 3 7, x 2 + x 3 8. Po przekształceiu tych waruków otrzymujemy: 2 x 1 4, 2 x 2 5, 3 x 3 7, x 1 + x 2 + x 3 = 12. Obszar określoy przez te związki wyzacza jądro gry. Jest oo pokazae a rysuku 2. Jądro gry w tym przypadku jest pięciobokiem zawartym w trójkącie zbioru imputacji. Jądro zostało utworzoe przez dodatkowe cięcia trójkąta zbioru imputacji płaszczyzami ograiczającymi o rówaiach x 1 = 4, x 2 = 5, x 3 = 7. Wierzchołki owo utworzoego pięcioboku jądra są astępujące: (4, 2, 6), (3, 2, 7), (2, 3, 7), (2, 5, 5), (4, 5, 3). 5. Zakończeie Z przeprowadzoych rozważań wyika, że ai imputacje ai jądro gry ie staowią jedego kokretego rozwiązaia gry. Są to zbiory dopuszczalych i możliwych do przyjęcia rozwiązań. Zalezieie kokretych rozwiązań gry wykracza poza zakres tematyczy tego opracowaia. Propozycje rozwiązań takich jak rozwiązaie z podziałem rówomierym, wartość gry Shapleya, ε-rozwiązaie moża zaleźć w literaturze [1-5] oraz rozwiązaie K i rozwiązaie K1 w literaturze [3]. Literatura 1. Ameliańczyk A.: Teoria gier. WAT, Warszawa 1978. 2. Kałuski J.: Teoria gier. Wydawictwo Politechiki Śląskiej, Gliwice 2002. 3. Kowalik S.: Teoria gier z zastosowaiami góriczymi. Wydawictwo Politechiki Śląskiej, Gliwice 2007. 4. Luce R.D., Reiffa H.: Gry i decyzje. PWE, Warszawa 1964. 5. Płoka E.: Wykłady z teorii gier. Wydawictwo Politechiki Śląskiej, Gliwice 2001. 132