ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Типы равновесия: равновесие по Нэшу, Штекельбергу, Паретто-оптимальное равновесие, равновесие доминирующих стратегий.

Тема 4. Теория игр и моделирование взаимодействий.

1. Основные понятия теории игр.

2. Типы равновесия: равновесие по Нэшу, Штекельбергу, Парето-оптимальное равновесие, равновесие доминирующих стратегий.

3. Базовые модели теории игр.

Основные понятия теории игр.

Использование математических методов, к числу которых относится теория игр, в анализе экономических процессов позволяет выявить такие тенденции, взаимосвязи, которые остаются скрытыми при применении других методов и даже получить весьма неожиданные результаты.

Отметим, что теория игр относится к числу наиболее молодых математических дисциплин. Её возникновение как самостоятельной отрасли математики относят к середине 1950-х гг., когда вышла известная монография Ф.Неймана и О.Моргенштерна «Теория игр и экономического поведения». Истоки теории игр связанной с работами Э.Пореля (1921 г.).'

К настоящему времени теория игр превратилась в целое математическое направление, богатое интересными результатами и имеющее большое количество практических рекомендаций и приложений.

Рассмотрим основные предположения и понятия игровой модели межчеловеческих взаимодействий.

1. Число взаимодействующих индивидов равно двум. Индивиды называются игроками. Понятие игрока позволяет моделировать социальные роли индивида: продавца, покупателя, мужа, жены и пр. Игра есть упрощенное представление взаимодействий двух индивидов, имеющих различные или схожие социальные роли, например покупатель — продавец, продавец — продавец и др.

2. Каждый индивид имеет фиксированный набор вариантов поведения, или альтернатив. Число вариантов поведения у различных игроков может не совпадать.

3. Межличностное взаимодействие считается реализованным, если оба игрока одновременно выбирают варианты своего поведения и действуют в соответствии с ними. Единичный акт межчеловеческого взаимодействия называют ходом игры. Продолжительность акта взаимодействия полагают равной нулю.

4. Ход игры задается двумя целыми числами — выбранным номером варианта поведения (ходом) первого игрока и выбранным номером варианта поведения (ходом) второго игрока. Максимально возможное число различных ходов игры равно произведению общего числа ходов первого игрока и общего числа ходов второго игрока.

5. Каждое взаимодействие индивидов, или ход игры, получает свой порядковый номер: 1, 2, 3 и т.д. Не следует путать понятие «ход игры» (пара чисел) и «номер хода игры» (одно число). Предполагается, что взаимодействия происходят регулярно через равные промежутки времени, поэтому номер хода игры показывает продолжительность периода времени, в течение которого данные индивиды взаимодействуют друг с другом.

6. Каждый игрок стремится добиться максимального значения некоторого целевого показателя, который называют полезностью, или выигрышем. Таким образом, игрок обладает чертами «экономического человека». Выигрыш игрока может быть как положительным, так и отрицательным. Отрицательный выигрыш называют также проигрышем.

7. Каждому ходу игры (паре выбранных игроками альтернатив) отвечает единственная пара выигрышей игроков. Зависимость выигрышей игроков от выбранных ими ходов описывается игровой матрицей, или матрицей выигрышей. Строки этой матрицы отвечают альтернативам (ходам) первого игрока, а столбцы — альтернативам (ходам) второго игрока. Элементами игровой матрицы служат пары выигрышей, отвечающие соответствующим строке и столбцу (ходам игроков). Выигрыш первого игрока (первое число в клетке игровой матрицы) зависит не только от его хода (номера строки), но также от хода второго игрока (номера столбца). Поэтому до реализации взаимодействия индивид не знает точную величину своего выигрыша. Иными словами, выбор игроком варианта поведения осуществляется в условиях неопределенности, т. е. игрок обладает чертами «институционального человека».

8. Стратегия игрока есть привычный стереотип поведения, которому следует игрок при выборе альтернативы поведения в течение некоторого промежутка времени. Стратегия игрока задается значениями вероятностей (или частот) выбора всех возможных вариантов поведения. Другими словами, стратегия игрока представляет собой вектор, число координат которого равно общему числу возможных альтернатив, причем i-я координата равна вероятности (частоте) выбора i-й альтернативы. Понятно, что сумма значений всех координат данного вектора равна единице.

Если игрок на протяжении рассматриваемого периода времени выбирает только один вариант поведения, то стратегия игрока называется чистой.

Все координаты соответствующего вектора чистой стратегии равны нулю, кроме одной, которая равна единице.

Стратегия, не являющаяся чистой, называется смешанной.

В этом случае вектор стратегии игрока имеет как минимум две ненулевые координаты. Они отвечают активным вариантам поведения. Игрок, следующий смешанной стратегии, чередует активные варианты поведения в соответствии с заданными вероятностями (частотами) выбора. В дальнейшем для простоты изложения материала мы будем полагать, что игрок всегда следует какой-либо чистой стратегии, т. е. в рассматриваемый период времени он неизменно выбирает единственный вариант поведения из заданного множества альтернатив.

Институциональный человек характеризуется изменчивостью своего поведения, которое зависит от его внутреннего состояния, жизненного опыта, внешней социальной среды и пр. В рамках игрового подхода к исследованию институтов это свойство институционального человека выражается в возможности смены игроком его стратегии. Если бы среди стратегий игрока всегда существовала объективно лучшая, то он бы неизменно следовал ей и смена стратегии была бы бессмысленной. Но в реальной жизни человек обычно рассматривает несколько стратегий поведения. Выделить среди них объективно лучшую невозможно. Игровая модель межчеловеческих взаимодействий позволяет исследовать эту особенность институционального поведения, поскольку она охватывает ряд стратегий поведения, которые не исключают друг друга и отражают различные аспекты поведения институционального человека. Рассмотрим эти модели поведения.

Игровая матрица

Первый игрок	Второй игрок

	6; 15	2; 13	3; 11
	1; 10	5; 14	4; 12
	4; 12	4; 13	3; 13

Различают солидарные и несолидарные стратегии поведения. Первые наиболее характерны для «институционального человека», а вторые — для «экономического человека».

Несолидарные стратегии поведения характеризуются тем, что индивид выбирает вариант своего поведения независимо, при этом он либо вовсе не учитывает поведение другого индивида, либо на основе имеющегося опыта предполагает возможный вариант его поведения.

К основным видам несолидарного поведения относятся следующие: нерациональное, осторожное, оптимизирующее, отклоняющееся и инновационное.

1) Нерациональное поведение. Обозначим две стратегии первого игрока через А и В соответственно. Стратегия А называется доминирующей по отношению к стратегии В, если при любом ходе второго игрока выигрыш первого игрока, отвечающий стратегии А, больше его выигрыша, отвечающего стратегии В. Таким образом, стратегия В является объективно худшей по отношению к стратегии А.

Если стратегия А может всегда свободно выбираться игроком, то стратегию В вообще никогда не следует выбирать. Если все же стратегия В выбрана первым игроком, то его поведение в этом случае называют нерациональным. Для выявления нерационального поведения игрока достаточно проанализировать матрицу его выигрышей: матрица выигрышей другого игрока при этом не используется.

Отметим, что термин «нерациональное поведение» заимствован из неоклассической теории. Он означает лишь то, что выбор данной стратегии заведомо не является лучшим в ситуации, когда оба игрока находятся в антагонистическом противостоянии, характерном для «экономического человека». Но для «институционального человека», вступающего в межчеловеческие взаимодействия с другими людьми, нерациональное поведение не только возможно, но может оказаться наиболее разумным вариантом поведения. Примером этому служит игра «Дилемма заключенных».

2) Осторожное поведение. «Институциональный человек», в отличие от «экономического человека», не является абсолютно рациональным, т. е. он не всегда выбирает самый лучший вариант поведения, максимизирующий выигрыш. Ограниченная рациональность «институционального человека» выражается в его неспособности выбрать наилучший вариант поведения в связи с большим количеством альтернатив, сложным алгоритмом определения оптимальной альтернативы, ограниченностью времени принятия решения и т.д. В то же время понятие ограниченной рациональности предполагает, что с учетом всех сложностей выбора человек способен выбрать достаточно хорошую альтернативу.

При игровом подходе к исследованию институтов ограниченная рациональность индивида иллюстрируется осторожным поведением игрока.

Стратегия осторожного поведения — это такая стратегия игрока, которая гарантирует ему определенную величину выигрыша независимо от выбора (хода) другого игрока. Осторожную стратегию называют также максиминной, поскольку она рассчитывается посредством нахождения максимального значения из нескольких минимальных значений.

Осторожная стратегия первого игрока определяется следующим образом. В каждой строке матрицы его выигрышей находят минимальный элемент, а затем из таких минимальных элементов выделяют максимальный, или максимин первого игрока. Строка игровой матрицы, на которой расположен максимин первого игрока, соответствует его осторожной стратегии. Осторожная стратегия второго игрока получается аналогично. В каждом столбце матрицы его выигрышей находят минимальный элемент, а затем из таких минимальных элементов определяют максимальный. Столбец игровой матрицы, в котором расположен максимин второго игрока, отвечает его осторожной стратегии. Каждый игрок может иметь несколько осторожных стратегий, но все они характеризуются одним значением максимина (стратегия максимального минимума), или гарантированного выигрыша. Осторожные стратегии существуют в любой матричной игре. Для выявления осторожной стратегии игрока достаточно проанализировать матрицу его выигрышей, а матрица выигрышей другого игрока при этом не используется. Эта особенность является общей для нерационального и осторожного поведения.

3) Оптимизирующее поведение. В хозяйственной практике нередко возникают ситуации, когда экономические агенты (например, продавец и постоянный покупатель) в ходе длительного взаимодействия друг с другом находят стратегии поведения, устраивающие обе стороны, а поэтому применяются «игроками» в течение длительного периода времени. При игровом подходе к исследованию институтов описанная ситуация моделируется с помощью понятия равновесных стратегий. Пара таких стратегий характеризуется следующим свойством: если первый игрок отклоняется от своей равновесной стратегии (выбирает какую-либо другую), а второй продолжает следовать своей равновесной стратегии, то первый игрок несет ущерб в виде уменьшения величины выигрыша. Клетка игровой матрицы, находящаяся на пересечении строки и столбца, отвечающих паре равновесных стратегий, называется точкой равновесия. Игровая матрица может иметь несколько точек равновесия, а может не иметь их вовсе.

Поведение игрока, следующего равновесной стратегии, называют оптимизирующим (минимаксное поведение или стратегия минимального максимума).

Оно отличается от максимизирующего поведения. Во-первых, равновесный выигрыш игрока не является максимальным из всех возможных выигрышей. Он отвечает не глобальному максимуму, а локальному оптимуму Так, глобальный максимум функции, заданной на числовом отрезке, превышает каждый из ее локальных максимумов. Во-вторых, следование равновесной стратегии одним игроком влечет достижение им локального максимума лишь при условии сохранения равновесной стратегии другим игроком. Если второй игрок отклонится от равновесной стратегии, то дальнейшее использование первым игроком равновесной стратегии не даст ему максимизирующего эффекта.

Равновесные стратегии определяют по следующему правилу: клетка игровой матрицы считается равновесной, если соответствующий ей выигрыш первого игрока является максимальным в столбце, а соответствующий ей выигрыш второго игрока — максимальным в строке. Таким образом, в алгоритме поиска равновесных стратегий используются матрицы выигрышей обоих игроков, а не одна из них, как в случаях нерационального и осторожного поведения.

4) Отклоняющееся поведение. Институционализация равновесной стратегии в качестве базовой нормы поведения происходит в результате обобщения человеком своего опыта межчеловеческих взаимодействий, включающего опыт отклоняющегося поведения. Осознание человеком негативных последствий такого поведения, основанного на выборе неравновесных альтернатив, является решающим аргументом при выборе им оптимизирующей стратегии поведения. Таким образом, отклоняющееся поведение служит неотъемлемой составляющей жизненного опыта «институционального человека», выполняя роль эмпирического обоснования оптимизирующего поведения. Опыт отклоняющегося поведения дает человеку уверенность в том, что другой участник игры будет неизменно придерживаться равновесной стратегии. Тем самым такой опыт служит доказательством рациональности поведения другого игрока и предсказуемости будущих взаимодействий с ним.

5) Инновационное поведение. Выше было рассмотрено отклоняющееся поведение, главной целью которого служит эмпирическое обоснование и закрепление исходной равновесной стратегии. Однако цель отклонения от равновесной стратегии может быть принципиально иной. Инновационное поведение представляет собой систематическое отклонение от привычной равновесной стратегии с целью поиска другого равновесного состояния, более выгодного для игрока-новатора.

В рамках игровой модели межчеловеческих взаимодействий цель инновационного поведения может быть достигнута, если игровая матрица имеет другую равновесную точку, в которой выигрыш игрока-новатора больше, чем в исходном равновесном состоянии. Если же такой точки нет, то инновационное поведение, скорее всего, будет обречено на неудачу, а игрок-новатор вернется к исходной равновесной стратегии. При этом его потери от инновационного эксперимента будут равны суммарному эффекту отклонения за весь период эксперимента.

В реальной жизни взаимодействующие индивиды нередко договариваются следовать в будущем определенным стратегиям поведения. В этом случае поведение игроков называют солидарным.

Основные причины солидарного поведения:

а) выгодность солидарного поведения для обоих игроков. В рамках игровой модели взаимодействия такая ситуация иллюстрируется игровой матрицей, в одной клетке которой выигрыши обоих игроков максимальны, но при этом она не является равновесной и не отвечает паре осторожных стратегий игроков. Стратегии, отвечающие этой клетке, едва ли будут выбраны игроками, реализующими несолидарные модели поведения. Но если игроки придут к соглашению о выборе соответствующих солидарных стратегий, то впоследствии им будет невыгодно нарушать соглашение, и оно будет выполняться автоматически;

б) этичность солидарного поведения часто служит «внутренним» механизмом, обеспечивающим соблюдение соглашения. Моральные издержки в форме общественного осуждения, которые понесет индивид в случае нарушения им соглашения, могут иметь для него большее значение, чем достигнутый при этом прирост выигрыша. Этический фактор играет важную роль в поведении «институционального человека», но он фактически не учитывается в игровой модели межчеловеческих взаимодействий;

в) принуждение к солидарному поведению служит «внешним» механизмом, обеспечивающим соблюдение соглашения. Данный фактор институционального поведения также не находит адекватного отражения в игровой модели взаимодействий.

Типы равновесия: равновесие по Нэшу, Штекельбергу, Паретто-оптимальное равновесие, равновесие доминирующих стратегий.

В каждом взаимодействии могут существовать различные виды равновесий: равновесие доминирующих стратегии, равновесие по Нэшу, равновесие по Штакельбергу и равновесие по Парето. Доминирующей стратегией называется такой план действий, который обеспечивает участнику максимальную полезность вне зависимости от действий другого участника. Соответственно, равновесием доминирующих стратегий будет пересечение доминирующих стратегий обоих участников игры. Равновесие по Нэшу — ситуация, в которой стратегия каждого из игроков является лучшим ответом на действия другого игрока. Иными словами, это равновесие обеспечивает игрока максимумом полезности в зависимости от действий другого игрока. Равновесие по Штакельбергу возникает тогда, когда существует временной лаг в принятии решений участниками игры: один из них принимает решения, уже зная, как поступил другой. Таким образом, равновесие по Штакельбергу соответствует максимуму полезности игроков в условиях неодновременное принятия ими решений. В отличие от равновесия доминирующих стратегий и равновесия по Нэшу этот вид равновесия существует всегда. Наконец, равновесие по Парето существует при условии, что нельзя увеличить полезность обоих игроков одновременно. Рассмотрим на одном из примеров технологию поиска равновесий всех четырех видов.

Доминирующая стратегия — такой план действий, который обеспечивает участнику максимальную полезность вне зависимости от действий другого участника.

Равновесие по Нэшу — ситуация, в которой ни один из игроков не может увеличить свой выигрыш в одностороннем порядке, меняя свой план действий.

Равновесие по Штакельбергу — ситуация, когда ни один из игроков не может увеличить свой выигрыш в одностороннем порядке, а решения принимаются сначала одним игроком и становятся известными второму игроку.

Равновесие по Паретто — ситуация, когда нельзя улучшить положение ни одного из игроков, не ухудшая при этом положения другого и не снижая суммарного выигрыша игроков.

Пусть фирма А стремится нарушить монополию фирмы Б на выпуск определенного продукта. Фирма А решает, стоит ли ей входить на рынок, а фирма Б — стоит ли ей снижать выпуск в том случае, если А все же решает входить. В случае неизменного выпуска на фирме Б обе фирмы в проигрыше, если же фирма Б решает снизить выпуск, то она «делится» своей прибылью с А.

Равновесие доминирующих стратегий. Фирма А сравнивает свой выигрыш при обоих вариантах развития событий (—3 и О, если Б решает развязать ценовую войну) и (4 и 0, если Б решает снизить выпуск). У нее нет стратегии, обеспечивающей максимальный выигрыш вне зависимости от действий Б: 0 > -3 => «не входить на рынок», если Б оставляет выпуск на прежнем уровне, 4 > 0 => «входить», если Б снижает выпуск (см. сплошные стрелки). Хотя у фирмы А нет доминирующей стратегии, у Б такая стратегия есть. Она заинтересована снижать выпуск вне зависимости от действий А (4 > —2, 10 = 10, см. пунктирные стрелки). Следовательно, равновесие доминирующих стратегий отсутствует.

Равновесие по Нэшу. Лучший ответ фирмы А на решение фирмы Б оставить выпуск прежним — не входить, а на решение снизить выпуск — входить. Лучший ответ фирмы Б на решение фирмы А войти на рынок — снизить выпуск, при решении не входить — обе стратегии равнозначны. Поэтому два равновесия по Нэшу (А,, А2) находятся в точках (4, 4) и (0, 10) — А входит, а Б снижает выпуск, или А не входит, а Б не снижает выпуск. Убедиться в этом достаточно легко, так как в этих точках никто из участников не заинтересован в изменении своей стратегии.

Равновесие по Штакельбергу. Предположим, первой принимает решение фирма А. Если она выбирает входить на рынок, то в конечном счете окажется в точке (4, 4): выбор фирмы Б однозначен в этой ситуации, 4 > —2. Если она решает воздержаться от входа на рынок, то итогом будут две точки (0, 10): предпочтения фирмы Б допускают оба варианта. Зная это, фирма А максимизирует свой выигрыш в точках (4, 4) и (0, 10), сравнивая 4 и 0. Предпочтения однозначны, и первое равновесие по Штакельбергу StA будет находиться в точке (4, 4). Аналогичным образом, равновесие по Штакельбергу StB, когда первой принимает решение фирма Б, будет находиться в точке (0, 10).

Равновесие по Парето. Чтобы определить оптимум по Парето, мы должны последовательно перебрать все четыре исхода игры, отвечая на вопрос: «Обеспечивает ли переход к любому другому исходу игры увеличение полезности одновременно для обоих участников?» Например, из исхода (—3, -2) мы можем перейти к любому другому исходу, выполняя указанное условие. Только из исхода (4, 4) мы не можем двинуться дальше, не уменьшая при этом полезности ни одного из игроков, это и будет равновесием по Парето, Р.