Основные определения и теоремы теории игр

Теория игр изучает решения нескольких участников, когда результат каждого зависит не только от его действия, но и от действий остальных.

Определения

  • игрок — участник, выбирающий действие;
  • стратегия — полный план действий;
  • выигрыш — численная оценка исхода для игрока;
  • чистая стратегия выбирает одно действие;
  • смешанная стратегия задаёт вероятности чистых стратегий;
  • лучшая реакция максимизирует выигрыш при фиксированных стратегиях остальных;
  • доминирующая стратегия не хуже альтернатив при любых действиях других;
  • равновесие Нэша — профиль стратегий, из которого никому не выгодно отклоняться в одиночку.

Равновесие не обязано быть общественно лучшим, единственным или справедливым.

Игры двух лиц с нулевой суммой

Выигрыш одного равен проигрышу другого. Для матрицы игрок строк максимизирует, игрок столбцов минимизирует.

Если:

есть седловая точка и оптимальные чистые стратегии.

Теорема минимакса фон Неймана: в любой конечной игре двух игроков с нулевой суммой существуют оптимальные смешанные стратегии, а максимин равен минимаксу.

Равновесие Нэша

Теорема Нэша: всякая конечная игра имеет хотя бы одно равновесие в смешанных стратегиях.

В стандартной дилемме заключённого единственное равновесие — взаимное предательство, хотя взаимное сотрудничество даёт обоим лучший суммарный исход. Это показывает разницу между индивидуальной устойчивостью и общей эффективностью.

Как решать небольшую задачу

  1. Назвать игроков, действия и информацию каждого.
  2. Построить таблицу выигрышей.
  3. Удалить строго доминируемые стратегии.
  4. Найти лучшие реакции.
  5. Проверить пересечения лучших реакций.
  6. Если чистого равновесия нет, искать смешанное.

Игры с нулевой суммой можно свести к линейному программированию. Повторяющиеся игры требуют учитывать будущие раунды, репутацию и дисконтирование.

Инженерная интерпретация

Ограничение общего ресурса — это игра, если независимые участники выбирают интенсивность использования. Без квот или цены каждый локально выигрывает от дополнительного запроса, а система приходит к перегрузке.

Самопроверка

  • Почему равновесие Нэша не обязательно оптимально для группы?
  • Чем стратегия отличается от отдельного хода?
  • Когда нужна смешанная стратегия?