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模型Model

有限策略式博弈

Strategic-form game · Normal-form game · 标准式博弈

用玩家、有限策略集和收益函数描述相互影响的选择,并以固定他人策略后的单方偏离定义最佳回应。

形式陈述 ​

一个有限策略式博弈由非空有限玩家集 N={1,…,n}、每位玩家的非空有限纯策略集 Si,以及收益函数 ui:S→R 组成。这里

S=∏i=1nSi

是策略集的笛卡尔积;元素 s=(s1,…,sn) 称为策略剖面,记录每个人各选了什么。每个 ui 都是以整个剖面为输入的函数。本页统一约定收益越大越好,所以某人的收益既取决于自己的动作,也可能取决于其他人的动作。

记 s−i 为除玩家 i 外的策略组合,(ai,s−i) 表示只有玩家 i 改选 ai 的剖面。固定 s−i 后,玩家 i 的纯最佳回应集合为

BRi(s−i)=argmaxai∈Siui(ai,s−i).

有限非空策略集保证这个集合非空;若几个动作收益并列最高,最佳回应就有多个。这里固定的是其他人的选择,比较的是自己的可选动作。若同时改变两个人的策略,算出的收益改进不属于单方偏离。

二人有限博弈可用两张同尺寸矩阵 A,B 表示:Aab 是行玩家选 a、列玩家选 b 时行玩家的收益,Bab 是同一格中列玩家的收益。表中写 (Aab,Bab) 即可合并两张矩阵。二人零和情形满足 B=−A,因此一个收益矩阵足以描述双方;矩阵的行列索引仍保持不变。

直觉

设两位合作者要选择同一种工作方案。两人都选方案一能合作,两人都选方案二也能合作,但各选各的就无法开始。其中一人更偏好方案一,另一人更偏好方案二。收益表既能记录合作带来的共同利益,也能记录他们对不同合作方式的偏好。

最佳回应回答一个局部问题:如果对方已经选定,我该如何选择?把对方的动作固定后,这只是一个有限最大值问题。难点出现在双方同时使用这条原则时:我想根据你的选择优化,你也想根据我的选择优化。Nash 均衡寻找的正是彼此都是最佳回应的剖面。

例子与边界

在同一张表上找双方的最佳回应 ​

行玩家选择 U 或 D,列玩家选择 L 或 R。收益表为

行玩家/列玩家 L R
U (3,2) (0,0)
D (0,0) (2,3)

先找行玩家的回应。固定 L,只比较第一列每格的第一个数:3>0,所以 BR1(L)={U}。固定 R,第一收益分别为 0,2,所以 BR1(R)={D}。

再找列玩家的回应。固定 U,沿第一行比较第二个数:2>0,所以 BR2(U)={L}。固定 D,第二收益分别为 0,3,所以 BR2(D)={R}。这两次比较使用同一收益表,只是读取的收益坐标和移动方向不同。

在 (U,L) 处,行玩家改选 D 会从 3 降到 0,列玩家改选 R 会从 2 降到 0;在 (D,R) 处也一样没有获利的单方偏离。反过来,在 (U,R) 处两人各自都有收益从 0 上升的偏离,在 (D,L) 处亦然。因此恰有两个彼此最佳回应的纯策略剖面。这个检查不需要猜测谁先行动。

模型包含什么信息 ​

策略式表示列出完整选择及其结果,不在表内描述决策发生的时间或玩家沿途观察到的信息。若原问题是一场有多步行动的游戏,纯策略需要规定该玩家在每种可遇到的信息情形下如何行动;只写“这一步选左或右”可能尚未给出完整策略。

上表的两人收益之和在协调格为 5、失配格为 0,所以不是零和博弈。零和要求每一格的收益相加为零,不是要求某个策略的收益为零,也不是要求双方喜好不同。本页使用实值收益来比较偏离;效用数值没有自动成为可在人际之间相加比较的福利单位。

推论与应用

混合策略把纯策略集上的选择扩展为概率分布,保留同一套收益函数,并通过有限加权和定义随机选择的收益。Nash 均衡再要求每个人对其他人的策略都是最佳回应;纯策略表里找不到这样的格子时,允许随机化仍可能找到均衡。

对于二人零和表 (A,−A),矩阵博弈极小极大定理进一步给出双方共同面对的价值和线性规划证书。一般收益表没有这种单一价值:上面的两个纯均衡已经分别产生 (3,2) 与 (2,3),不能把双方的优化目标合并成同一个数字。

直接显示机制让玩家报告自己的私人类型,再据此决定分配和支付。固定真实类型后,报告成为策略,真实估值减支付成为收益;当报告集也有限时,就得到本页的有限策略式博弈。机制设计进一步选择这些规则,使诚实报告能够经受单方偏离检验;仅有有限分配结果,并不保证报告集有限。

参考资料
  • Éva Tardos and Vijay V. Vazirani,Basic Solution Concepts and Computational Issues,载 Algorithmic Game Theory,Cambridge University Press,2007,Chapter 1,§1.2.1–1.2.2,pp. 9–10;教学全文。
  • John F. Nash,Equilibrium Points in n-Person Games,PNAS 36(1),1950,pp. 48–49;原刊扫描。
关系图谱12 个相邻概念 · 2 类关系

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