Теория игр - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Теория игр

/b>Если платежная матрица не имеет седловой точки, т.е. < и , то поиск решения игры приводит к применению сложной стратегии, состоящей в случайном применении двух и более стратегий с определенными частотами.

Определение 1. Сложная стратегия, состоящая в случайном применении всех стратегий с определенными частотами, называется смешанной.

В игре, матрица которой имеет размерность m n, стратегии первого игрока задаются наборами вероятностей (x1, x2,..., xm), с которыми игрок применяет свои чистые стратегии. Эти наборы можно рассмотреть как m-мерные векторы, для координат которых выполняются условия

, xi 0, .

Аналогично для второго игрока наборы вероятностей определяют n-мерные векторы (y1, y2,..., yn), для координат которых выполняются условия

= 1, yj 0, .

Выигрыш первого игрока при использовании смешанных стратегий определяют как математическое ожидание выигрыша, т.е. он равен

Теорема 1. (Неймана. Основная теорема теории игр) Каждая конечная игра имеет, по крайней мере, одно решение, возможно, в области смешанных стратегий. Применение оптимальной стратегии позволяет получить выигрыш, равный цене игры: v . Применение первым игроком оптимальной стратегии опт должно обеспечить ему при любых действиях второго игрока выигрыш не меньше цены игры. Поэтому выполняется соотношение

, .

Аналогично для второго игрока оптимальная стратегия опт должна обеспечить при любых стратегиях первого игрока проигрыш, не превышающий цену игры, т.е. справедливо соотношение

, .

Если платежная матрица не содержит седловой точки, то задача определения смешанной стратегии тем сложнее, чем больше размерность матрицы. Поэтому матрицы большой размерности целесообразно упростить, уменьшив их размерность путем вычеркивания дублирующих (одинаковых) и не доминирующих стратегий.

Определение 2. Дублирующими называются стратегии, у которых соответствующие элементы платежной матрицы одинаковы.

Определение 3. Если все элементы i-й строки платежной матрицы больше соответствующих элементов k-й строки, то i-я стратегия игрока А называется доминирующей над k-й стратегией. Если все элементы j-го столбца платежной матрицы меньше соответствующих элементов k-го столбца, то j-я стратегия игрока В называется доминирующей над k-й стратегией.

Пример. Рассмотрим игру, представленную платежной матрицей

= max (2, 2, 3,2) = 3, = min (7, 6, 6, 4,5) = 4, , .

Все элементы стратегии А2 меньше элементов стратегии А3, т.е. А2 заведомо невыгодна для первого игрока и ее можно исключить. Все элементы А4 меньше А3, исключаем А4.

Для второго игрока: сравнивая В1 и В4, исключаем В1; сравнивая В2 и В4, исключаем В2; сравнивая В3 и В4, исключаем В3. В результате преобразований получим матрицу

= max (2,3) = 3, = min (4,5) = 4, , .

1.4 Решение игр графическим методом
Графический метод применим к играм, в которых хотя бы один игрок имеет только две стратегии.

Первый случай. Рассмотрим игру (2 2) с матрицей

без седловой точки. Решением игры являются смешанные стратегии игроков (x1, x2) и (y1, y2), где x1 - вероятность применения первым игроком первой стратегии, x2 - вероятность применения первым игроком второй стратегии, y1 - вероятность применения вторым игроком первой стратегии, y2 - вероятность применения вторым игроком второй стратегии. Очевидно, что

x1 + x2 = 1, y1 + y2 = 1.

Найдем решение игры графическим методом. На оси ОX отложим отрезок, длина которого равна единице. Левый конец (x = 0) соответствует стратегии первого игрока А1, правый (x = 1) - стратегии А2. Внутренние точки отрезка будут соответствовать смешанным стратегиям (x1, x2) первого игрока, где x1 =1 - x2. Через концы отрезка проведем прямые, перпендикулярные оси ОX, на которых будем откладывать выигрыш при соответствующих чистых стратегиях. Если игрок В применяет стратегию В1, то выигрыш при использовании первым игроком стратегий А1 и А2 составит соответственно а11 и а21. Отложим эти точки на прямых и соединим их отрезком В1В1. Если игрок А применяет смешанную стратегию, то выигрышу соответствует некоторая точка М, лежащая на этом отрезке. (см. рис.1)

В1 а21

В1

а11

х2 х11 Х

Рис.1. Подписать рисунок

Аналогично строится отрезок В2В2, соответствующий стратегии В2 игрока В.

Определение 1. Ломаная линия, составленная из частей отрезков, интерпретирующих стратегии игрока В, расположенная ниже всех отрезков, называется нижней границей выигрыша, получаемого игроком А.

Определение 2. Стратегии, части которых образуют нижнюю границу выигрыша, называются активными стратегиями.

В игре (2 2) обе стратегии являются активными.

В1 а21

В2

а12 К

В2 а22

В1

а11 v

О х2 N х1 1 Х

Рис.2.

Ломаная В1КВ2 является нижней границей выигрыша, получаемого игроком А. (см. рис.2) Точка К, в которой он максимален, определяет цену игры и ее решение. Найдем оптимальную стратегию первого игрока. Запишем систему уравнений

Приравнивая выражения для v из уравнений системы и учитывая, что

x1 + x2 = 1, получим , , (1)

. (2)

Составляя аналогичную систему

и учитывая условие

y1 + y2 = 1,

можно найти оптимальную стратегию игрока В:

. (3)

Пример 1. Найти решение игры, заданной матрицей

= max (1,1) = 1, = min (3,2) = 2, , . Игра не имеет седловой точки. Оптимальное решение следует искать в области смешанных стратегий. Построим на плоскости отрезки, соответствующие стратегиям второго игрока. (см. рис.3)

Рис.3.

По формулам (1) - (3) находим оптимальные стратегии и цену игры:

x1 = 1/3, x2 = 2/3; y1 = 2/3, y2 = 1/3; v =5/3.

Ответ. Оптимальные смешанные стратегии игроков (1/3, 2/3) и (2/3, 1/3), цена игры составляет v =5/3.

Данный ответ означает следующее:

если первый игрок с вероятностью 1/3 будет применять первую стратегию и с вероятностью 2/3 вторую, то при достаточно большом количестве игр с данной матрицей его выигрыш в среднем составит не менее 5/3;

если второй игрок с вероятностью 2/3 будет применять первую стратегию и с вероятностью 1/3 вторую, то при достаточно большом количестве игр с данной матрицей его проигрыш в среднем составит не более 5/3.

Второй случай. Рассмотрим игру (2 n) с матрицей

Для каждой из n стратегий игрока В строится соответствующий ей отрезок на плоскости. Находится нижняя граница выигрыша, получаемого игроком А, и определяется точка на нижней границе, соответствующая наибольшему выигрышу. Выделяются две активные стратегии игрока В, отрезки которых проходят через данную точку. Далее рассматриваются только эти две стратегии игрока В. Игра сводится к игре с матрицей (2 2). Оптимальные стратегии и цену игры находят по формулам (1) - (3).

Пример 2. Найти решение игры, заданной матрицей

= max (1,1) = 1, = min (4, 3, 3,4) = 3, , .

Игра не имеет седловой точки. Оптимальное решение следует искать в области смешанных стратегий. Построим на плоскости отрезки, соответствующие стратегиям второго игрока. (см. рис.4)

Рис.4.

Нижней границей выигрыша для игрока А является ломаная В3КВ4. Стратегии В3 и В4 являются активными стратегиями игрока В. Точка их пересечения К определяет оптимальные стратегии игроков и цену игры. Второму игроку невыгодно применять стратегии В1 и В2, поэтому вероятность их применения равна нулю, т.е. у1 = у2= 0. Решение игры сводится к решению игры с матрицей (2 2)

= max (1,1) = 1, = min (3,4) = 3, , .

По формулам (1) - (3) находим оптимальные стратегии и цену игры:

x1 = 2/5, x2 = 3/5; y3 = 3/5, y2 = 2/5; v =11/5.

Ответ. Оптимальные смешанные стратегии игроков (2/5, 3/5) и (0, 0, 3/5, 2/5), цена игры составляет v =11/5.

Данный ответ означает следующее:

если первый игрок с вероятностью 2/5 будет применять первую стратегию и с вероятностью 3/5 вторую, то при достаточно большом количестве игр с данной матрицей его выигрыш в среднем составит не менее 11/5;

если второй игрок с вероятностью 3/5 будет применять третью стратегию, с вероятностью 2/5 четвертую и не будет использовать первую и вторую стратегии, то при достаточно большом количестве игр с данной матрицей его проигрыш в среднем составит не более 11/5.

Третий случай. Рассмотрим игру (m 2) с матрицей

Решение игры может быть получено аналогично случаю два. Для каждой из m стратегий игрока А строится соответствующий ей отрезок на плоскости.

Находится верхняя граница проигрыша, получаемого игроком В, и определяется точка на нижней границе, соответствующая наименьшему проигрышу. Выделяются две активные стратегии игрока А, отрезки которых проходят через данную точку.

Далее рассматриваются только эти две стратегии игрока А. Игра сводится к игре с матрицей (2 2). Оптимальные стратегии и цену игры находят по формулам (1) - (3).

Пример 3. Найти решение игры, заданной матрицей

= max (3, 2, 0, - 1) = 3, = min (4,6) = 4, , . Игра не имеет седловой точки. Оптимальное решение следует искать в области смешанных стратегий. Построим на плоскости отрезки, соответствующие стратегиям первого игрока. (см. рис.5).

Рис.5.

Верхней границей проигрыша для игрока В является ломаная А1КА4. Стратегии А1 и А4 являются активными стратегиями игрока А. Точка их пересечения К определяет оптимальные стратегии игроков и цену игры. Первому игроку невыгодно применять стратегии А2 и А3, поэтому вероятность их применения равна нулю, т.е. x2 = x3= 0. Решение игры сводится к решению игры с матрицей (2 2)

= max (3, - 1) = 3, = min (4,6) = 4, , .

Страницы: 1, 2, 3, 4