PODEJMOWANIE DECYZJI ZMNIEJSZAJĄCYCH RYZYKO W GÓRNICTWIE PRZY WYKORZYSTANIU TEORII GIER

Podobne dokumenty
WYKORZYSTANIE TEORII GIER DO OKREŚLANIA BEZPIECZEŃSTWA MAKING USE OF GAME THEORY DETERMINIG SAFETY

TEORIA GIER W EKONOMII WYKŁAD 2: GRY DWUOSOBOWE O SUMIE ZEROWEJ. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

D. Miszczyńska, M.Miszczyński KBO UŁ 1 GRY KONFLIKTOWE GRY 2-OSOBOWE O SUMIE WYPŁAT ZERO

BADANIE WPŁYWU WYDOBYCIA NA SEJSMICZNOŚĆ W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO

Temat 1: Pojęcie gry, gry macierzowe: dominacje i punkty siodłowe

Teoria gier. wstęp Teoria gier Zdzisław Dzedzej 1

Modelowanie sytuacji konfliktowych, w których występują dwie antagonistyczne strony.

TEORIA GIER W EKONOMII WYKŁAD 5: GRY DWUOSOBOWE KOOPERACYJNE O SUMIE NIESTAŁEJ

TEORIA GIER W NAUKACH SPOŁECZNYCH. Gry macierzowe, rybołówstwo na Jamajce, gry z Naturą

Elementy teorii gier. Badania operacyjne

Teoria Gier - wojna, rybołówstwo i sprawiedliwość w polityce.

Teoria gier. dr Przemysław Juszczuk. Wykład 2 - Gry o sumie zero. Instytut Informatyki Uniwersytetu Śląskiego

Metody teorii gier. ALP520 - Wykład z Algorytmów Probabilistycznych p.2

Gry o sumie niezerowej

11. Gry Macierzowe - Strategie Czyste i Mieszane

TEORIA GIER DEFINICJA (VON NEUMANN, MORGENSTERN) GRA. jednostek (graczy) znajdujących się w sytuacji konfliktowej (konflikt interesów),w

Skowrońska-Szmer. Instytut Organizacji i Zarządzania Politechniki Wrocławskiej Zakład Zarządzania Jakością r.

8. Podejmowanie Decyzji przy Niepewności

Teoria gier w ekonomii - opis przedmiotu

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Teoria gier. prof. UŚ dr hab. Mariusz Boryczka. Wykład 4 - Gry o sumie zero. Instytut Informatyki Uniwersytetu Śląskiego

Stanisław KOWALIK TEORIA GIER Z ZASTOSOWANIAMI GÓRNICZYMI

Wyznaczanie strategii w grach

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Materiał dydaktyczny dla nauczycieli przedmiotów ekonomicznych. Mikroekonomia. w zadaniach. Gry strategiczne. mgr Piotr Urbaniak

Revenue Maximization. Sept. 25, 2018

Gry z naturą 1. Przykład

Czym jest użyteczność?

TEORIA GIER W EKONOMII WYKŁAD 6: GRY DWUOSOBOWE KOOPERACYJNE O SUMIE DOWOLNEJ

Teoria gier matematyki). optymalności decyzji 2 lub więcej Decyzja wpływa na wynik innych graczy strategiami

Hard-Margin Support Vector Machines

DUAL SIMILARITY OF VOLTAGE TO CURRENT AND CURRENT TO VOLTAGE TRANSFER FUNCTION OF HYBRID ACTIVE TWO- PORTS WITH CONVERSION

Daria Sitkowska Katarzyna Urbaniak

TEORIA GIER W NAUKACH SPOŁECZNYCH. Równowagi Nasha. Rozwiązania niekooperacyjne.

Przedsiębiorczość i Podejmowanie Ryzyka. Zajęcia 2

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

Teoria gier. Strategie stabilne ewolucyjnie Zdzisław Dzedzej 1

BADANIA ZRÓŻNICOWANIA RYZYKA WYPADKÓW PRZY PRACY NA PRZYKŁADZIE ANALIZY STATYSTYKI WYPADKÓW DLA BRANŻY GÓRNICTWA I POLSKI

10. Wstęp do Teorii Gier

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

WYKORZYSTANIE ELEMENTÓW TEORII GIER DO WYBORU SPOIW POPIOŁOWO-CEMENTOWYCH ZE WZGLĘDU NA DOMIESZKI CHLORKÓW WYSTĘPUJĄCYCH W WODACH KOPALNIANYCH

ZADANIE 1/GRY. Modele i narzędzia optymalizacji w systemach informatycznych zarządzania

Tworzenie gier na urządzenia mobilne

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

TEORIA GIER W EKONOMII. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

POLITECHNIKA ŚLĄSKA INSTYTUT AUTOMATYKI ZAKŁAD SYSTEMÓW POMIAROWYCH

y = The Chain Rule Show all work. No calculator unless otherwise stated. If asked to Explain your answer, write in complete sentences.

Zarządzanie wartością i ryzykiem na przykładzie przedsiębiorstwa zajmującego się projektowaniem i dystrybucją odzieży

D. Miszczyńska, M.Miszczyński KBO UŁ, Badania operacyjne, gry konfliktowe 1

TEORIA GIER W EKONOMII. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

Teoria gier. Łukasz Balbus Anna Jaśkiewicz

Nazwa przedmiotu. pierwsza

ANALIZA WYPADKÓW ZWIĄZANYCH Z ZAGROŻENIEM METANOWYM W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO W LATACH

1 Macierze i wyznaczniki

Badania operacyjne i teorie optymalizacji

EKONOMIA MENEDŻERSKA. Wykład 5 Oligopol. Strategie konkurencji a teoria gier. 1 OLIGOPOL. STRATEGIE KONKURENCJI A TEORIA GIER.

Gry dwuosobowe o sumie zerowej i ich zastosowanie

Konkurencja i kooperacja w dwuosobowych grach strategicznych. Anna Lamek

-Teoria gier zajmuje się logiczną analizą sytuacji konfliktu i kooperacji

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

TEORIA GIER HISTORIA TEORII GIER. Rok 1944: powszechnie uznana data narodzin teorii gier. Rok 1994: Nagroda Nobla z dziedziny ekonomii

1. S³owo wstêpne Geologia gospodarcza g³ówne aspekty problematyki badawczej Zakres, treœæ i cel rozprawy...

OPISU MODUŁU KSZTAŁCENIA (SYLABUS) dla przedmiotu Teoria gier na kierunku Zarządzanie

MaPlan Sp. z O.O. Click here if your download doesn"t start automatically

Michał Ko lupa JAK OBLICZAĆ RYZYKO PORTFELA REALIZOWANEGO W WARUNKACH KRÓTKIEJ SPRZEDAŻY

General Certificate of Education Ordinary Level ADDITIONAL MATHEMATICS 4037/12

Katowice, plan miasta: Skala 1: = City map = Stadtplan (Polish Edition)

PODSTAWY WSPOMAGANIA PODEJMOWANIA DECYZJI W ZARZĄDZANIU BEZPIECZEŃSTWEM. cz. 6. dr BOŻENA STARUCH

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

M. Dąbrowska. K. Grabowska. Wroclaw University of Economics

Schemat sprawdzianu. 25 maja 2010

PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA DOKŁADNEGO NIEPARAMETRYCZNEGO PRZEDZIAŁU UFNOŚCI DLA VaR. Wojciech Zieliński

Miedzy legenda a historia: Szlakiem piastowskim z Poznania do Gniezna (Biblioteka Kroniki Wielkopolski) (Polish Edition)

Mikroekonomia. O czym dzisiaj?

Modele i narzędzia optymalizacji w systemach informatycznych zarządzania

HAPPY ANIMALS L01 HAPPY ANIMALS L03 HAPPY ANIMALS L05 HAPPY ANIMALS L07

Stargard Szczecinski i okolice (Polish Edition)

HAPPY ANIMALS L02 HAPPY ANIMALS L04 HAPPY ANIMALS L06 HAPPY ANIMALS L08

Jak działa grawitacja?

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Materiały wykładowe (fragmenty)

WYKORZYSTANIE SIECI NEURONOWEJ DO BADANIA WPŁYWU WYDOBYCIA NA SEJSMICZNOŚĆ W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO. Stanisław Kowalik (Poland, Gliwice)

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Obliczenia naukowe Wykład nr 8

Strategic planning. Jolanta Żyśko University of Physical Education in Warsaw

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

TEORIA GIER WPROWADZENIE. Czesław Mesjasz

Adam Meissner. SZTUCZNA INTELIGENCJA Gry dwuosobowe

Wprowadzenie do teorii gier

Optymalizacja decyzji

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Reguły decyzyjne na rynku konkurencyjnym w koncepcji gier opcyjnych

DO MONTAŻU POTRZEBNE SĄ DWIE OSOBY! INSTALLATION REQUIRES TWO PEOPLE!

WYZNACZANIE KOSZTÓW TRANSPORTU Z WYKORZYSTANIEM OCTAVE 3.4.3

Teoria gier matematyki). optymalności decyzji 2 lub więcej Decyzja wpływa na wynik innych graczy strategiami

dr inż. Cezary Wiśniewski Płock, 2006

Zależności funkcyjne

PODEJMOWANIE DECYZJI W WARUNKACH NIEPEŁNEJ INFORMACJI

Few-fermion thermometry

Optymalizacją wielokryterialną nazwiemy próbę znalezienia wektora zmiennych decyzyjnych: x = [x 1

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE PO LITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: AUTOM ATYKA z. 113 1994 Nr kol. 1246 Stanisław KOW ALIK PODEJMOWANIE DECYZJI ZMNIEJSZAJĄCYCH RYZYKO W GÓRNICTWIE PRZY WYKORZYSTANIU TEORII GIER Streszczenie. Praca dotyczy określania decyzji bezpiecznych pizy wykorzystaniu teorii gier niekooperacyjnych. Decyzja bezpieczna ma zagwarantować możliwie najmniejszy poziom ryzyka górników. Partnerem naszym w tej grze jest Natura. Natura może stwarzać sytuacje niebezpieczne dla górników pracujących pod ziemią w kopalni. Naszym zadaniem jest tak zorganizować pracę przez odpowiedni wybór strategii działania, aby uniknąć tych niebezpieczeństw albo zagwarantować górnikom odpowiednio małe ryzyko pracy. Celem tej publikacji jest wskazanie, źe do tak ważnego czynnika związanego z pracą górnika jak ryzyko można zastosować teorie gier. DECISION MAKING FOR MINIMIZATION THE RISK OF MINING USING THE GAME THEORY Summary. The paper concerns determining safe decisions using noncooperative game theory. Safe decision is to guarantee the lowest possible risk level of miners' work. Nature is our partner in this game. It may create dangerous situations for miners working in an underground mine. Our task is to organize work properly by a suitable choice of operation strategies so as to avoid these dangers ot to guarantee miners the lowest possible work risk The object of this work is to show that game thepry can be used forsuch an important factor connected with a minefs job as risk.

68 S. Kowalik ripmfltme PELLIEHMfó YMEHbUIAIOIHEDi PMCK B YrO/IbHOtf ilpomblluj1ehhoctm riph MCn0Jlb30BAHMH TEOPMM W? P c 3» M e. P a S o T a o t i i o c h t c h k o n p e a e a e H H io 6 e 3o n a c H b ix p e m e n a H n p n H c n o jit 30BaHHH T eoph H H6 K o o n 6paTHBHBix n r p. B e 3o n a c H o e p e m e im e h o jd k h o o 6 e c n e q n T h H ah M enbuih it y p o B e a b p n ą c a p a S o T U m a x T e p o B. H anih M n apth epom b nahhoh H rp e h e m c t c b r ip a p o n a. Ilp H p o n a m o x c t c o 3fla u a T b o n a c H b ie a jia p a 6 o T a io m H X n o a 3eM Jieii ro p M K O B, c n T y a u n H. H a m a j; 3a«aH H em ABjweTCH B b ig p a T b c o o T B e T c r a y io m y io c rp a T e rh X ) fleiictbhji, h tb k h m o B p a so M x a x o p r a n H 3 0BaT b pa& O T bi, BToG bi H3 6 e a c a T b s t h x o n ach O C re fl, h jih o 6 e cn e ah T b ropnhka.m cootbetctbehho M anbih p h c k p ag o T b i. IJ,en b io n a c T o a m e fl p ag o T b i m jw e T C fl n O K a3a T b, a t o n o OTHom ehhio k c r o J ib cym ectbeh H O M y (fa K T o p y CBH3aHH0 My c p a S o T O ft rop M K O B KaK PHCK, M03KH0 nphmchfltb TeOpHIO HTp. 1. WSTĘP Górnik pracujący na dole w kopalni spotyka sie z różnymi zjawiskami niebezpiecznymi dla niego. Mogą to być wstrząsy podziemne, wycieki wody, ulatnianie się gazu itp. Takie zjawiska związane z jego pracą są niebezpieczne dla jego zdrowia lub życia. Tych zjawisk nie można przewidzieć dokładnie. Tak więc górnik spotyka się z pewnym ryzykiem będąc pod ziemią. Zjawiska te zależą od otaczającej przyrody, tj. struktury geologicznej, warunków panujących w kopalni itp. Przyrodę będziemy ogólnie nazywali Naturą i będziemy ją traktowali jak naszego przeciwnika, który utrudnia pracę i stwarza ryzyko dla górników. Będziemy z Naturą prowadzili grę. Celem naszym będzie zmniejszenie ryzyka związanego z różnymi decyzjami, które podejmowane są w kopalni. Jako cel dla Natury traktować będziemy zwiększenie tego ryzyka. Naszym zadaniem będzie podejmować takie decyzje, aby wpływ Natury możliwie maksymalnie wyeliminować, a przez to zabezpieczyć sobie odpowiednio niski poziom ryzyka. Spotykamy się tutaj z sytuacją konfliktowa, gdzie interesy obydwu przeciwników są sprzeczne. My ze swej strony możemy podjąć różne decyzje związane z działalnością górniczą. Przyjmujemy, że Natura też podejmie pewne decyzje stwarzając sytuacje niebezpieczne. Różnego rodzaju zjawiska niebezpieczne będziemy utożsamiali z decyzjami Natury powodującymi zwiększenie ryzyka. Wynik naszego działania zależy w równym stopniu od nas, jak i od Natury. Między nami a Naturą jest konflikt interesów. Sytuacji konfliktowych w życiu jest bardzo wiele. Mogą one dotyczyć rodzaju uczestników, takich jak np. jednostki, grupy, organizacje, społeczeństwa. Sytuacje konfliktowe mogą występować w odniesieniu do rodzaju działań, np. współzawodnictwo sportowe, walki zbrojne, konkurencja ekonomiczna,

Podejmowanie decyzji zmniejszających.. 69 działania dyplomatyczne. Konflikt może też dotyczyć charakteru dóbr, jak np. dobra materialne, władza, prestiż. Może on występować w innym kontekście, jak np. nieporozumienia małżeńskie, napięte stosunki międzyludzkie w zakładzie pracy. Może to też być konflikt przekonań, konflikt wartości itp. [8]. My w swej pracy będziemy zajmowali się konfliktem interesów w kopalni, w którym jedną stroną będzie Natura reprezentowana przez górotwór, a drugą stroną górnicy operujący na tym górotworze. Ceną albo wartością gry pomiędzy Naturą a ludźmi będzie ryzyko górników pracujących na dole. Celem tej pracy jest rozważenie sytuacji konfliktowych. Sytuacje, w których cele partnerów są zgodne, nas nie interesują. Zjawiska niebezpieczne występujące w kopalni są skierowane przeciwko górnikom, a naszym zadaniem będzie podejmowanie decyzji minimalizujących ryzyko związane z ich występowaniem. 2. DECYZJE ORAZ MACIERZ RYZYKA Wszelkie nasze działania oraz działania Natury będą określały pewne decyzje. Te decyzje będą dotyczyły wyboru strategii działania. W terminologii teorii gier decydent podejmujący działania na dole w kopalni nazywamy jest jednym graczem, a Natura, w tym przypadku górotwór, drugim graczem [7], [9]. Przykład 1 Niech gracz 1, tzn. my, mamy do dyspozycji dwie strategie: 1. Wiercimy otwór w ścianie węglowej w ustalonym miejscu, 2. Wiercimy otwór o 50 metrów dalej. Gracz 2, tj. Natura, ma następujące strategie: 1. W otworze pojawi się wyciek wody, 2. Z otworu zacznie wydobywać się gaz. My przy wyborze naszej strategii musimy wziąć pod uwagę możliwość występowania tych zjawisk niekorzystnych. Innymi słowy należy kierować się wielkością ryzyka pracujących górników dla każdej naszej strategii w odniesieniu do sytuacji niebezpiecznych określonych strategiami Natury. Ten stopień ryzyka będziemy określali w procentach. Np. 0% oznacza, że dane zjawisko niekorzystne w określonej naszej strategii nie wystąpi, czyli ryzyko górników ze względu na to niekorzystne zjawisko nie występuje. Aby zilustrować to zagadnienie, przyjmujemy konkretne wartości liczbowe w naszej przykładowej grze. Nasze strategie oznaczamy symbolami A j, A2, a strategie Natury Bl, b 2. My Natura B 1 b 2 Ajfs o a 2L10 l.

70 S. Kowalik Otrzymaną tablicę nazywamy macierzą ryzyka. W teorii gier taką tablicę nazywa się macierzą wypłat. Analizując liczby w tej macierzy stwierdzamy, że: 1. Gdy zastosujemy strategie A j, tzn., że wiercimy pierwszy otwór, to a) w otworze może pojawić się woda, ale prawdopodobieństwo pojawienia się wody jest bardzo małe. Ryzyko związane z tym jest małe i wynosi 5%; b) z otworu nie będzie wydobywał się gaz. Ryzyko górników pod tym względem wynosi 0%. 2. Gdy zastosujemy strategie A2, tzn. wiercimy otwór 50 metrów dalej a) w otworze może pojawić się woda, ale ryzyko jest duże i wynosi 10%, b) szansa na pojawienie się gazu jest minimalna. Ryzyko wynosi 1%. W teorii gier taką tablicę nazywa się macierzą wypłat dla gracza drugiego. Wartości podane w tej macierzy gracz pierwszy płaci graczowi drugiemu. Graczowi drugiemu zależy na maksymalizowaniu wygranej. Gracz pierwszy stara się, aby straty jego były jak najmniejsze. 3. PUNKT SIODŁOWY I ZASADA MINIMAKSU (MAKSYMINU) Przy wyborze decyzji A j lub A2 kierujemy się zasadą, aby jak najmniej stracić. W przypadku decyzji A j ryzyko górników wynosi 5%, gdy Natura podejmie decyzję B j lub 0%, gdy Natura podejmie decyzję B2. Bardziej niesprzyjającą sytuacją dla nas jest wystąpienie ryzyka 5%. Wybieramy więc tę liczbę. Jest to największe ryzyko dla decyzji A j. Co przez to osiągnęliśmy? Stwierdzamy, że decyzja A j jest lepsza, bo gwarantuje nam ryzyko nie większe niż 5% niezależnie od zastosowanych decyzji B j, B2 Natury. To ryzyko może być mniejsze (=0%), gdyby Natura zastosowała decyzję B2. Decyzja A2 gwarantuje nam jedynie ryzyko nie większe niż 10%. Decyzję A j nazywamy w tym przypadku strategią minimalizującą wielkość ryzyka dla gracza pierwszego, tzn. dla nas. Liczbę 5 oznaczamy przez V j i nazywamy górną ceną lub wartością gry. Zajmiemy się teraz graczem drugim, tj. Naturą. Zakładamy, że Natura działa na naszą niekorzyść. Stosując decyzję B j Natura pozwoli nam osiągnąć minimalne ryzyko 5%, a stosując B2 0%. Z tych dwóch liczb wybieramy większą, tj. 5% występującą przy decyzji B j. Z punktu widzenia Natury decyzja B j jest lepsza, bo pozwala osiągnąć wielkość ryzyka 5% - mniej nie, niezależnie od zastosowanych przez nas decyzji A j czy A2. Stosując decyzję B j Natura mogłaby osiągnąć rezultat jeszcze lepszy dla niej, tj 10%, gdybyśmy nie zastosowali swojej wybranej strategii A j, lecz A2. Liczbę 5 wybraną ze strategii B j oznaczamy przez W2 i nazywamy dolną ceną gry. Jeżeli V j = Y 2, to element macierzy leżący na skrzyżowaniu wybranych strategii A j i B j nazywa się punktem siodłowym gry. Termin ten został zaczerpnięty z teorii gier. Jest to element, dla którego wszystkie pozostałe liczby w wierszu macierzy są nie większe i jednocześnie wszystkie liczby w kolumnie są nie mniejsze od jego wartości [1], PI, [4], [9],

Podejmowanie decyzji zmniejszających.. 71 Przejdziemy teraz do ogólnego omówienia poszukiwania punktu siodłowego dla macierzy poziomów bezpieczeństwa o wymiarach m - wierszy i n - kolumn. Dana jest macierz {ajj}, gdzie i = 1 m; j= l,...,n. Dla gracza pierwszego, tzn. dla nas, stosujemy zasadę minimaksu. Mówi ona, że górną cenę gry należy obliczyć według wzoru V j = m in m a x { a ij} dlai= l,...,m ;j= l,...,n (1) i j Strategię wyznaczoną w ten sposób nazywa się minimaksową dla gracza pierwszego. Dla gracza drugiego, tj. dla Natury stosujemy zasadę maksyminu. Mówi ona, że dolną cenę gry należy obliczyć według wzoru V2 = maxmin{ajj} dlai=l,..,m;j=l,..,n (2) j i Strategia wyznaczona w ten sposób nazywa się maksyminowa dla gracza drugiego. Jeżeli V j = V2, to gra posiada punkt siodłowy, a gracze powinni stosować strategie wyznaczone przez ten punkt. W tym przypadku strategie maksyminowa i minimaksowa są strategiami bezpiecznymi dla graczy. Ceną gry jest tutaj liczba V=Vj=V 2 - Według terminologii Steinhausa [1] takie gry nazywamy zamkniętymi. Natomiast gdy V j*v 2, to gry nazywamy otwartymi. W naszym przykładzie punkt siodłowy występuje. Cena gry wynosi V=Vj=V2=5%. Strategią bezpieczną dla nas jest A j, a dla Natury B j. Oznacza to, że powinniśmy podjąć decyzję o wierceniu otworu w pierwszym wyznaczonym miejscu. Mamy tu pewną przewagę nad Naturą, ponieważ Natura może nie zastosować swojej bezpiecznej decyzji B j, lecz B2. Wtedy uzyskamy poziom ryzyka wynoszący 0%. Gdyby Natura potrafiła rozumować tak jak my, to na pewno wybrałaby strategię B j. 4. ZASADA DOMINACH Może się okazać, że pewne strategie są lepsze. Pozwalają osiągnąć większy zysk niezależnie od posunięć przeciwnika. Analizując nasz przykład widzimy, że strategia A j jest lepsza od A2, ponieważ odpowiednie liczby wiersza pierwszego macierzy wypłat mają mniejsze wartości niż wiersza drugiego. W przypadku wystąpienia strategii B j jest 5 < 10, a w przypadku wystąpienia strategii 2 jest 0 < 1. Mówimy wtedy, że strategia A2 jest zdominowana przez strategię A j. Strategię dominującą A j zostawiamy, a strategię zdominowaną eliminujemy. Rozważymy to teraz z punktu widzenia Natury. Strategią lepszą dla Natury jest ta, która zawiera większe liczby przy porównaniu z inną strategią. Dla Natury lepszą strategią jest B j, ponieważ - w przypadku użycia przez nas strategii A j jest 5 > 0, - w przypadku użycia przez nas strategii A2 jest 10 > 1.

72 S. Kowalik Strategią dominującą jest B j, a zdominowaną B2. Rozważania te doprowadziły do tego samego rezultatu co poprzednio, że bezpiecznymi strategiami są A j i B j. Zapiszemy to teraz w postaci ogólnej dla macierzy o m wierszach i n kolumnach. Mówimy, że strategia dominuje nad strategią Aj gracza pierwszego, gdy Y a kj 5 a lj J (3) Mówimy, że strategia Br dominuje nad strategią Bs Natury, gdy Y a ir ^ a is (i=1... m) (4) Zasada dominacji pomaga upraszczać gry eliminując z rozważań strategie, które nie będą używane. Przykład 2 Dana jest następująca macierz ryzyka A i My A 2 a 3 Natura Bj B2 B3 '25 0 35' 20 30 10 15 0 5 Strategia A3 dominuje nad naszymi strategiami A j i A2. Natomiast Natura nie posiada strategii dominującej. My wybieramy więc strategię A3 jako bezpieczną. Gwarantuje nam ona ryzyko < 15%. Gdyby Natura potrafiła analizować tę macierz tak jak my, to zastosowałaby strategię B j przeciw naszej A3. Gdy zastosuje inną, to my zyskamy. W przypadku zastosowania B2 ryzyka nie będzie, a gdy B3, to 5%. 5. STRATEGIE MIESZANE Te strategie stosujemy do gier nie posiadających punktu siodłowego. Musimy mieć przy tym jednocześnie możliwość wielokrotnego rozgrywania gry i. pewność powtarzalności sytuacji.

Podejmowanie decyzji zmniejszających... 73 Przykład 3 Dana jest macierz B 1 b 2 A j [4 0 10 A 2 [ 0 20_ Strategii dominujących tu nie ma. Obliczamy górną i dolną cenę gry. Vj = min max{aij} = min (40,20) = 20 i j V2 = max min {ay} = max(0,10) = 10 j i (5) (6) Okazuje się, że V j*v 2. Strategią minimaksowa jest strategia A2, a strategią maksyminową jest strategia B2. Stosując naszą strategię A2 przeciw strategii B2 dostajemy wielkość ryzyka równą 20%. Czy nie da go się jednak zmniejszyć, skoro cena gry zawiera się między 20% a 10%?. Gdyby tę grę można było przeprowadzać wielokrotnie, to nie zawsze musielibyśmy stosować strategię A2. Zastosowanie strategii A j przeciw B2 daje nam ryzyko 10%. Zachodzi pytanie: Jak często zmieniać poszczególne strategie? Dla gier typu 2x2, tzn. takich, gdzie występuje dwóch graczy i każdy z nich ma dwie strategie, zagadnienie ma proste rozwiązanie. Opiera się ono na następującym twierdzeniu [1], Twierdzenie Składowe optymalnej strategii partnera 1 (2) są odwrotnie proporcjonalne do bezwzględnych wartości różnic elementów odpowiednich wierszy (kolumn) macierzy. Powracamy do przykładu 3. Znajdujemy bezpieczną strategię mieszaną składającą się ze strategii A j i A2. Obliczamy różnice bezwzględne elementów w wierszach macierzy. B 1 b 2 A j [ 4 0 10] 30 A 2 _ 0 20J 20 Są to liczby 30 i 20. Częstotliwość występowania strategii A j i A2 jest odwrotnie proporcjonalna do tych liczb. Znaczy to, że na 50 rozegranych gier gracz 1 powinien zastosować 20 razy strategię A j i 30 razy strategię Kolejność występowania tych strategii jest zupełnie przypadkowa. Sprawdzamy teraz, jak to się ma dla drugiego gracza dysponującego strategiami B j

74 S. Kowalik A i A 2 B 1 b 2 40 10 0 20 40 10" Odejmując elementy w kolumnach macierzy i biorąc ich moduły otrzymujemy liczby 40 i 10. Częstotliwość występowania strategii B j i B2 jest odwrotnie proporcjonalna do tych liczb. Oznacza to, że na 50 gier należy zastosować 10 razy strategię B j i 40 razy strategię B2. Obliczamy cenę tej gry. a) Jeżeli gracz 1 stosuje strategię mieszana przeciw strategii B j V = (2/5) * 40 + (3/5) *0=16+0 = 16 b) Jeżeli gracz 1 stosuje strategię mieszaną przeciw strategii B2 V = (2/5) * 10 + (3/5) * 20 = 4 + 12 = 16 c) Jeżeli gracz 2 stosuje strategie mieszaną przeciw strategii V = (1/5) *40+ (4/5) * 10 = 8 + 8 = 16 d) Jeżeli gracz 2 stosuje strategie mieszana przeciw strategii A2 V = (1/5) * 0 + (4/5) * 20 = 0 + 16 = 16 Cena gry jest więc jednakowa dla obydwu partnerów. Porównując tę liczbę z ceną V i = 20 zagwarantowaną przez strategię minimaksową widzimy, że zastosowanie strategii mieszanej pozwoliło nam zmniejszyć ryzyko o 4%. Była to interpretacja częstotliwościowa strategii mieszanej. Podamy teraz interpretację udziałową strategii mieszanej. Przykład 4 Kopalnia ma zainstalować swój kapitał w obiekt O i lub obiekt O2, przy czym dochodowość tej inwestygi zależy od tego, czy nastąpią warunki W i lub W2 zgodnie z podaną macierzą wypłat. 0 1 0 2 Wi W2 '55 15' 20 30

Podejmowanie decyzji zmniejszających.. 75 Zagadnienie to traktujemy jak grę dwuosobową. Kopalnia może sobie zagwarantować minimalny zysk wynoszący 15%, gdy zainwestuje kapitał w obiekt O j lub 20%, gdy zainwestuje w obiekt O2. Kopalnia ma też trzecie wyjście. Część kapitału może zainwestować w obiekt O j, a resztę w O2. Pytanie, jalcie się nasuwa, to w jakich proporcjach? Kopalni zależy w tym przypadku na maksymalizacji zysku. Podobnie jak w przykładzie 3 obliczamy częstotliwość występowania strategii O j i O2. Otrzymujemy następujące liczby dla Oi : 120-30 =10 dla 0 2 : 155-15 =40 Należy więc zainwestować 1/5 część kapitału w obiekt O j i 4/5 kapitału w obiekt O2. Zysk, jaki uzyskamy, gdy zostaną spełnione warunki W y wynosi V = (1/5) * 55 + (4/5) *20 = 11+ 16 = 27 Przy zajściu warunków W2 zysk wyniesie V = (1/5) * 15 + (4/5) * 30 = 3 + 24 = 27 Zastosowanie strategii mieszanej spowodowało, że minimalny gwarantowany zysk będzie większy. Przypadki, gdy gra nie posiada punktu siodłowego i rozgrywana jest tylko jeden raz, będą przedmiotem badań i analiz, a ich wyniki zostaną opublikowane. Dotychczas dla tych sytuacji stosuje się wyłącznie strategię bezpieczną. 6. ZAKOŃCZENIE W pracy tej wykorzystano jedynie niektóre elementy teorii gier. Do wyznaczania ryzyka związanego z pracami dołowymi górników wzorowano się na grach dwuosobowych o sumie zerowej. Określono sposób znajdowania strategii minimaksowych i maksyminowych i związanych z nimi górną i dolną ceną gry. Dla gier, w których przeciwnicy mają do dyspozycji po dwie strategie, przedstawiono sposób znajdywania strategii mieszanej. Strategie mieszane zilustrowano na przykładach za pomocą interpretacji częstotliwościowej i udziałowej. W pracy skoncentrowano się na tych podstawowych elementach teorii gier, ponieważ inne i bardziej skomplikowane gry wykraczają poza ramy przewidziane przez autora w tej publikacji. Celem tej pracy było wskazanie, że do tak ważnego czynnika związanego z pracą górnika jak ryzyko można zastosować teorię gier. Odpowiednie wykorzystanie tej teorii pomaga w podjęciu bezpiecznych strategii działania, a przez to zmniejsza ryzyko związane z pracą.

76 S. Kowalik LITERATURA [1] Kofler E.: Wstęp do teorii gier. PZWS, Warszawa 1963. [2] Lesz M.: Ekonomiczne gry decyzyjne. PWE, Warszawa 1979. [3] Luce R.D., Raiffa EL: Gry i decyzje. PWE, Warszawa 1964. [4] Owen G.: Teoria gier. PWN, Warszawa 1975. [5] Polkowski L.T.: Wstęp do teorii gier. WPW - Politechnika Warszawska, Warszawa 1987. [6] Potocki Cz., Przybyła EL: Badania operacyjne w górnictwie. Skrypt Politechniki Śląskiej N r 906, Górnictwo, Gliwice 1980. [7] Szalek M.: Pojęcia i metody teorii gier. PWN, Warszawa 1963. [8] Świemiak A : Podejmowanie decyzji w sytuacjach konfliktowych. Skrypt Politechniki Śląskiej N r 1420, Automatyka, Gliwice 1988. [9] Tyszka T.: Konflikty i strategie. WNT, Warszawa 19787. [10] Williams J.D.: Strateg doskonały. Wprowadzenie do teorii gier. PWN, Warszawa 1965. Recenzent: Dr hab ink Andrzej Świerniak Wpłynęło do Redakcji 9. 07. 1992 r. A bstract This paper deals with the use of game theory for decision making to reduce the work risk of miners. The decisions concern the choice of operation strategy which guarantees the lowest possible risk level for miners working underground. Miners meet at work with dangerous situations such as gas escape, water outflow and tremors. In our considerations we are using the noncooperative game theory. Nature is treated as our enemy. In the paper we deal with a conflict of intersts in a mine between Nature represented by rock mass and the miners operating on that rock mass. The price or value of the game between Nature and people is the risk of miners working underground. We treat Nature as our enemy because it creates dangerous phenomena directed against, people, and our task is to make decisions minimizing the risk level. We have at our disposal some operation strategies. Nature can also create dangers of different kind. We want to gain from the game as many advantages as possible whereas Nature defends itself against it and wants to minimize them Risk matrix is used for our cissiderations. The elements {an} of the matrix are items of risk expressed in percentage terms which inform us what risk level is secured for mines while using our "i" strategy and Nature's Hj" strategy. The risk matrix in the

Podejmowanie dezycji zmnicjszajqcych.. 77 game theory is called payment matrix [1], [8], [9]. In the second section an example of such a matrix has been given and the meaning of particular elements has been discussed. In the third section the way of finding a saddle point of the game has been discussed and minimax (maximin) principle has been presented. It has also been shown how the top and bottom prices of the game are determined. Formulas (1) and (2) show how to calculate the top and bottom prices of the game for risk matrix of m- lines and n-columns. These numbers have been determined for the given example. In the fourth section like in the works [1], [3], [4], [6], [9] domination principle has been discussed and illustrated by examples. Formulae (3) and (4) which determine dominant and dominated strategies for the matrix of m-lines and n-columns havebeen given. The filth section presents the way of finding optimum mixed strategy for twoperson games, each person having two pure strategies. Frequency and participation interpretations of the mixed strategy have been presented. The object of this work is to show that the game theory can be used for such an important factor connected with a miner's job as the risk.