Лекція кандидата фізико-математичних наук Олексія Ігнатенка на тему "Теорія ігор і суспільство: рішення, конфлікти, кооперація" для науково-популярної ініціативи "Кукушонок"
Відкрита лекція на тему «Контроль бур'янів в посівах соняшника»
Лекція Олексія Ігнатенка з теорії ігор для "Кукушонок"
1. Олексій Ігнатенко,
к.ф.-м.н. с.н.с. Інституту програмних систем НАН України,
доцент КПІ імені Ігоря Сікорського
Теорія ігор і суспільство: рішення,
кооперація, конфлікти.
1
3. Теорія
корисності
Виберіть, будь-ласка по одній лотереї з
наступних варіантів (1 або 2):
1. Виграші: 2500$ з ймовірністю 33%, 2400$
з ймовірністю 66%, 0 з ймовірністю 1%.
2. 2400$ гарантовано.
Другий вибір (3 або 4):
3. Виграші: 2500$ з ймовірністю 33%, 0 з
ймовірністю 67%.
4. 2400$ з ймовірністю 34%, 0 з
ймовірністю 66%.
3
4. Розв’язок
Потрібно обчислити очікуваний виграш кожної лотереї:
1. 2500*0.33 + 2400*0.66 = 2409
2. 2400*0.34 + 2400*0.66 = 2400
3. 2500*0.33 = 825
4. 2400*0.34 = 816
Парадокс Елайеса: багато людей обирає 2 і 3
4
5. Парадокси рішень у складних ситуаціях
Уявимо деяку хворобу Х і доктор щойно з сумом повідомив, що
Ваш тест позитивний. Достовірно відомо, що 0.1% популяції
(рівномірно) заражено Х і на сьогодні було зроблено 100000
тестів. Також відомо, що тест достовірний на 99% (тобто
позитивний у 99% коли людина має Х та негативний у 99%
випадків. коли людина не має Х).
Наскільки погана ситуація? Яка ймовірність, що у Вас є Х?
5
10. Зіграємо в гру №1
1. Виберіть ціле число від 1 до
100 і запишіть його
2. Обчислить середнє всіх
чисел - S
3. Обчисліть C = ⅔ S
Той, чиє число виявилось
найближчим до C - переміг.
10
11. Принципова ідея - домінуюча стратегія
Перший спосіб міркування
● якщо всі виберуть 100, тоді виграшне число - 66
● отже, вибирати числа більше 66 не має сенсу (домінована
стратегія)
1 10066
11
12. Наступний рівень мислення:
● якщо всі зроблять попередній висновок і виберуть число не
більше 66, тоді ⅔ від середнього не більше за 44
● отже, вибирати числа більше 44 не має сенсу
1 6644 100
Принципова ідея - домінуюча стратегія
12
13. Домінуюча стратегія - висновок
Продовжуючи цю послідовність думок, отримуємо результат:
● всі мають вибрати 1, тоді всі виграють!
1 6644 100
13
14. Друга ідея: найкраща відповідь
Другий спосіб міркування
● припустимо всі вибрали випадкові числа.
● тоді середнє - 50
● виграшне значення - 33
1 10033
14
15. Стратегія найкраща відповідь
● Якщо всі вибрали 33, тоді виграшне значення - 22.
● Якщо всі вибрали 22, тоді виграшне значення - 11.
● Якщо всі вибрали 11, тоді виграшне значення - 7.
...
1 1003322
15
16. Найкраща відповідь - висновок
Продовжуючи цю послідовність думок, отримуємо результат:
● всі мають вибрати 1, тоді всі виграють!
1 6644 100
16
17. Основні ідеї теорії ігор
● Спільне знанння
● Раціональність
● Інформованість
● Інтелектуальність
● Рівновага
17
18. Джон Неш (1928 - 2015)
Нобелівський лауреат 1994р.
Започаткував теорію некооперативних ігор
Рівновага Неша виявилась головним
інструментом дослідження моделей теорії
ігор
18
19. Гра №2: Чи
натиснете ви
кнопку?
● У кожного з вас є $100 та червона
кнопка
● Якщо ви не натискаєте - нічого не
відбувається
● Якщо ви натискаєте то є два
ефекта:
○ З кожного іншого знімається $2
○ Якщо інший натиснув - ви
зменшуєте власні збитки вдвічі
● Через 1 хв ви маєте вирішити,
натискати на кнопку чи ні
19
20. Ваш виграш $
Ніхто не
натиснув
Рівно один
натиснув
Рівно двоє
натиснули
Натиснути 100 99 98
Не натискати 100 98 96
20
21. Стратегічна форма гри. Матричні ігри
Другий гравець
Стратегія 1 другого
гравця
Стратегія 2 другого
гравця
Перший гравець
Стратегія 1
першого гравця
Виграш 1 1
Виграш 1 1
Виграш 1 2
Виграш 1 2
Стратегія 2
першого гравця
Виграш 2 1
Виграш 2 1
Виграш 2 2
Виграш 2 2
21
22. Гра Море Бісмарка
22
Плисти через
південь
Плисти через
північ
Летіти на
південь
-3
3
-1
1
Летіти на
північ
-2
2
-2
2
Гра Море Бісмарка
гра з нульовою сумою
23. Гра Море Бісмарка. Знаходження рівноваги
23
Плисти через
південь
Плисти через
північ
Летіти на
південь
-3
3
-1
1
Летіти на
північ
-2
2
-2
2
24. Гра Море Бісмарка. Мінімакс
24
Плисти
через
південь
Плисти
через північ
мін рядків
Летіти на
південь
-3
3
-1
1 1
Летіти на
північ
-2
2
-2
2 2
мін стовпців -3 -2
25. ідея Неша, 1953 рік
Кожна некооперативна гра має принаймі одну
точку рівноваги (у змішаних стратегіях). Це
така точка, в якій жоден з гравців не може
покращити свій виграш одноосібно змінивши
свою стратегію
25
28. Томас Шелінг
Нобелівський лауреат (2005р.)
Зустрітись у Нью-Йорку
група людей без засобів зв’язку має зустрітись
протягом доби, кожен учасник приймає
рішення самостійно і без попередніх
домовленостей.
28
31. Реальний приклад. Купівля Fed Store в 1989 році
В 1989 році за найбільшу в Америці мережу
супермаркетів боролись два інвестори - Мейсі і Кемпо.
Для простоти: вартість однієї акції $100
Мейсі пропонував $102 за акцію з умовним викупом (він
платить тільки якщо збере 50% + 1 акцію)
Стратегія - продавати акції Мейсі є слабко домінуючою
31
32. Купівля Fed
Store в 1989
році
Кемпо запропонував більш складну схему
двокрокового викупу:
● Кемпо приймав перші 50% акцій за
ціною 105$
● другі 50% акцій за ціною 90$
● після закінчення першого етапу ціна
змішувалась і всі отримували середню
вартість
Особливість: після отримання
контролю Кемпо міг викупити долі, що
залишились за ціною 90$
32
34. Розширена форма гри
Гра у розширеній формі представляє граф. Вершини це
точки прийняття рішень, ребра - можливі рішення.
динаміка
багатокрокові ігри
еквівалентність матричній (нормальній) формі
34
35. Гра: збір
грошей на
клумбу
Трое сусідів (А, Б, С) хочуть
зібрати гроші на облаштування
клумби. При цьому у кожного є
дві стратегії (дати гроші, не
давати). І заданий порядок:
спочатку приймає рішення А,
потім Б, потім С.
35
36. Можливі результати гри
0 - ніхто не робить внесок, клумби немає
1 - один робить внесок, клумба маленька
2 - двоє роблять внесок, клумба нормальна
3 - всі роблять внесок, клумба чудова
36
37. Виграші кожного гравця
-1 - я здав, інші не здали
0 - я не здав і не більше одного здало
1 - я і ще один здав
2 - я і ще двоє здали
3 - двоє інших здали
37
43. В печері кожен вечір збираються 450 бандитів.
Вони впорядковані за віком.
Щодня відбувається одне голосування: чи вже
час поділити порівну награбоване і розійтись?
● Якщо більше половини “За”, то гра
закінчується, кожен отримує свою частку.
● Якщо голосування невдале, то бандити
вбивають наймолодшого і збираються на
наступний день.
Кожен бандит, по-перше, хоче жити, по-друге,
частку якнайбільше.
43
Задача про бандитів
47. Завдання: закінчити розв’язок
Якщо ми почнемо з 450 бандитів:
1. На якому кроці закінчиться гра?
2. Яку частку отримають бандити?
3. Скільки проголосують за розподіл на останньому кроці?
47
48. Гра в ультиматум
● Один з гравців пропонує
розподіл $100
● Інший гравець затверджує
або не затверджує
‘запропонований розподіл
48
52. Аукціон з
продажу частот
● Спочатку - адміністративний процес
● Лотерея 80х
● 1993 - запросили групу спеціалістів з
теорії ігор з метою створення правил
аукціону
● Запропоновано багатокроковий аукціон
з одночасними торгами. В результаті
виручка зросла. З 1994 року протягом
87 аукціонів було отримано 60
мільярдів доларів
52
53. Види аукціонів
● відкритий - закритий
● зростаючий - спадаючий
● перша ціна - друга ціна
● спільна вартість - приватна вартість
53
55. Основні недоліки такого
аукціону
1. Виграє той, хто найбільше помилився щодо
цінності товару
2. Виграш продавця може бути більшим, але
в довгостроковій перспективі покупці
втрачають гроші
55
56. Рівновага в аукціоні з першою ціною
Кожен гравець має власну оцінку лоту (private
value). Рівноважна стратегія - робити ставку у
половину цієї вартості.
56
57. Аукціон з другою ціною
Аукціон з другою ціною означає, що переможець сплачує другу за
величиною ставку.
Доведено, що обидва аукціони еквівалентні за виручкою.
Перевага цього аукціону: в ньому є рівновага Неша, вона полягає у
“щирий ставці”, тобто потрібно робити ставку рівну вартості (для
покупця) даного товару.
57
58. Цікаві розділи теорії ігор
● Байєсовські ігри
● Аукціони
● Моделі голосування
● Коаліційні ігри
● Переговори
58