博弈论经典PPT课件(PPT 343页).pptx
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1、博弈论博弈论1第1页,共343页。参考书目:参考书目:博弈论基础博弈论基础,罗伯特,罗伯特吉本斯,高峰译吉本斯,高峰译 中国社会科学出版社,中国社会科学出版社,19991999年年3 3月月策略策略-博弈论导论博弈论导论,乔尔,乔尔沃森,费方域,赖丹馨译,沃森,费方域,赖丹馨译,上海人民出版社,上海人民出版社,20102010年年1111月月经济博弈论(第二版)经济博弈论(第二版),谢枳予,谢枳予 复旦大学出版社,复旦大学出版社,20022002年年1 1月月2第2页,共343页。主要内容主要内容第一章第一章 完全信息静态博弈完全信息静态博弈第二章第二章 完全信息的动态博弈完全信息的动态博弈第
2、三章第三章 非完全信息静态博弈非完全信息静态博弈第四章第四章 非完全信息动态博弈非完全信息动态博弈3第3页,共343页。在所有社会,人们经常互动。在所有社会,人们经常互动。互动有时是合作,有时是竞争。互动有时是合作,有时是竞争。在这两种情况下,都可以用一个术语,即在这两种情况下,都可以用一个术语,即相互依赖相互依赖性性来表示一个人的行为对另外一个人的福利造成的影响来表示一个人的行为对另外一个人的福利造成的影响。相互依赖的情形可称为相互依赖的情形可称为策略环境策略环境。因为人们为了确。因为人们为了确定所采取的最优行动,必须考虑他周围的其他人会怎定所采取的最优行动,必须考虑他周围的其他人会怎样选择
3、行动。样选择行动。博弈就是策略对抗博弈就是策略对抗博弈的定义博弈的定义4第4页,共343页。定义:定义:博弈就是一些个人、队组或其他组织,面对一定的博弈就是一些个人、队组或其他组织,面对一定的环境条件,环境条件,在一定的规则下,同时或先后,一次或多次,在一定的规则下,同时或先后,一次或多次,从各自允许选择的行为或策略中进行选择并加以实施,从各自允许选择的行为或策略中进行选择并加以实施,各自取得相应结果的过程。各自取得相应结果的过程。四个核心方面四个核心方面 博弈的参加人博弈的参加人(Player)博弈方博弈方 各博弈方的策略各博弈方的策略(Strategies)或行为或行为(Actions)博
4、弈的次序博弈的次序(Order)博弈方的得益博弈方的得益(Payoffs)5第5页,共343页。目前,博弈论被许多来自不同领域的专业人士使用,这些领域目前,博弈论被许多来自不同领域的专业人士使用,这些领域包括经济学、政治学、法律、生物、国际关系哲学以及数学。包括经济学、政治学、法律、生物、国际关系哲学以及数学。事实上,事实上,大多数情形即包含了冲突元素,也包含了合作的元素大多数情形即包含了冲突元素,也包含了合作的元素。我。我们对博弈的组成要有一个广义的理解。们对博弈的组成要有一个广义的理解。简而言之,博弈是策略环境的正式描述。因此,博弈论是研究相简而言之,博弈是策略环境的正式描述。因此,博弈论
5、是研究相互依赖情形的正式的方法论。这里,互依赖情形的正式的方法论。这里,“正式正式”是指一种以数学化是指一种以数学化的精确,以及逻辑上的一致见长的结构。的精确,以及逻辑上的一致见长的结构。利用正确的理论工具,我们可以研究各种情况下的行为,从而更利用正确的理论工具,我们可以研究各种情况下的行为,从而更好地理解经济中的相互作用。好地理解经济中的相互作用。6第6页,共343页。静态博弈:静态博弈:所有博弈方同时或可看作同时选择策略的博弈所有博弈方同时或可看作同时选择策略的博弈 石头剪刀布、猜硬币、古诺模型石头剪刀布、猜硬币、古诺模型动态博弈:动态博弈:各博弈方的选择和行动有先后次序且后选择、各博弈方
6、的选择和行动有先后次序且后选择、后行动的博弈方在自己选择、行动之前可以看到其他后行动的博弈方在自己选择、行动之前可以看到其他博弈方的选择和行动博弈方的选择和行动 弈棋、市场进入、斯坦博格型市场结构弈棋、市场进入、斯坦博格型市场结构7第7页,共343页。完全信息博弈:完全信息博弈:各博弈方都完全了解所有博弈方各种情各博弈方都完全了解所有博弈方各种情况下的得益况下的得益 不完全信息博弈:不完全信息博弈:至少部分博弈方不完全了解其他博弈至少部分博弈方不完全了解其他博弈方得益的情况的博弈,也称为方得益的情况的博弈,也称为“不对称信息博弈不对称信息博弈”完美信息博弈:完美信息博弈:每个轮到行动的博弈方对
7、博弈的进程每个轮到行动的博弈方对博弈的进程完全了解的博弈完全了解的博弈 不完美信息博弈:不完美信息博弈:至少某些博弈方在轮到行动时不完全至少某些博弈方在轮到行动时不完全了解此前全部博弈的进程的博弈了解此前全部博弈的进程的博弈8第8页,共343页。约翰约翰福布斯福布斯纳什纳什(John Forbes Nash Jr.,1950,1951)(John Forbes Nash Jr.,1950,1951)利用不动点定理证明了均衡点的存在,为博弈论的一般化奠定利用不动点定理证明了均衡点的存在,为博弈论的一般化奠定了坚实的基础。了坚实的基础。19941994年年约翰约翰福布斯福布斯纳什纳什、约翰约翰C
8、C海萨尼海萨尼以及以及莱因哈德莱因哈德泽尔腾泽尔腾,三人同时因为他们对博弈论的研究,三人同时因为他们对博弈论的研究,所作出的突出贡献,而获得诺贝尔经济学奖。所作出的突出贡献,而获得诺贝尔经济学奖。John HarsanyJohn NashLeihaden Selten9第9页,共343页。三位大师主要的贡献三位大师主要的贡献 19501950年和年和19511951年纳什的两篇关于非合作博弈论的重要论文,年纳什的两篇关于非合作博弈论的重要论文,证明了非合作博弈及其均衡解,并证明了证明了非合作博弈及其均衡解,并证明了均衡解的存在性均衡解的存在性,即著名的纳什均衡。从而揭示了博弈均衡与经济均衡的内
9、在即著名的纳什均衡。从而揭示了博弈均衡与经济均衡的内在联系。联系。泽尔腾(泽尔腾(19651965)将纳什均衡概念引入了动态分析,提出了)将纳什均衡概念引入了动态分析,提出了“精精炼纳什均衡炼纳什均衡”概念。概念。海萨尼发展了刻画不完全信息静态博弈的海萨尼发展了刻画不完全信息静态博弈的“贝叶斯纳什均贝叶斯纳什均衡衡”(1967196719681968)。)。泽尔腾和海萨尼进一步将纳什均衡动态化,加入了接近实际的泽尔腾和海萨尼进一步将纳什均衡动态化,加入了接近实际的不完全信息条件。他们的工作为后人继续发展博弈论,提供了不完全信息条件。他们的工作为后人继续发展博弈论,提供了基本思路和模型基本思路和
10、模型 。10第10页,共343页。第一章第一章 完全信息静态博弈完全信息静态博弈 1.1 基本理论基本理论:博弈的标准式和纳什均衡博弈的标准式和纳什均衡 1.2 应用举例应用举例 1.3 混合策略和均衡的存在混合策略和均衡的存在11第11页,共343页。1.1 基本理论基本理论:博弈的标准式和纳什均衡博弈的标准式和纳什均衡 例例1 儿童游戏:儿童游戏:“石头、剪刀、布石头、剪刀、布”。参与人参与人:1,2。策略空间策略空间:S1=S2=石头、剪刀、布石头、剪刀、布 收益收益:两人出手的函数:两人出手的函数 u1(石头,石头石头,石头)=0,u1(石头,剪刀石头,剪刀)=1,u1(石石头,布头,
11、布)=-1 u2(石头,石头石头,石头)=0,u2(石头,剪刀石头,剪刀)=-1,u2(石石头,布头,布)=112第12页,共343页。博弈的标准式表示博弈的标准式表示(normal-form representation)(1)参与人参与人(player).n 个参与人:个参与人:1,2,i,n(2)策略策略(strategy).一个参与人的策略是他采取的一个行动。一个参与人的策略是他采取的一个行动。参与人参与人 i 的策略:的策略:si 参与人参与人 i 的策略空间的策略空间:Si 策略的一个组合策略的一个组合:s=s1,s2,sn 简化表示:简化表示:s-i=s1,,s i-1,s i+
12、1,sn(3)收益收益(payoff).参与人参与人 i 的收益:的收益:ui=ui(s1,s2,sn)n 个参与人博弈的标准形式表示个参与人博弈的标准形式表示:G=S1,S2,Sn;u1,u2,un13第13页,共343页。博弈标准式特例:博弈标准式特例:u1(s11,s21),u2(s11,s21)u1(s11,s22),u2(s11,s22)u1(s12,s21),u2(s12,s21)u1(s12,s22),u2(s12,s22)u1(s13,s21),u2(s13,s21)u1(s13,s22),u2(s13,s22)s11 s12 s13参与人参与人1参与人参与人2s21 s22S
13、1=s11,s12,s13 S2=s21,s22 收益表收益表(Payoff):两个参与人,有限个战略的博弈的表两个参与人,有限个战略的博弈的表示方法示方法 14第14页,共343页。0,0 1,-1 -1,1-1,1 0,0 1,-1 1,-1-1,1 0,0石头石头剪刀剪刀布布 石头石头 剪刀剪刀 布布P1P215第15页,共343页。囚徒囚徒1的考虑:无论对方选沉默还是招认,自己选的考虑:无论对方选沉默还是招认,自己选“招认招认”好于好于“沉沉默默”。囚徒囚徒2的考虑:的考虑:无论对方选什么,无论对方选什么,“招认招认”好于好于“沉默沉默”。两人的选择两人的选择:(招认招认,招认招认)。
14、-1,-1-9,00,-9-6,-6 囚徒囚徒 2沉默沉默 招认招认沉默沉默 招认招认例例 囚徒困境囚徒困境(The Prisoners Dilemma)囚徒囚徒1占优占优16第16页,共343页。17 每一个博弈都是一个你中有我,我中有你的情形,不同每一个博弈都是一个你中有我,我中有你的情形,不同的博弈参与者可以选择不同的行动,但由于相互作用,的博弈参与者可以选择不同的行动,但由于相互作用,一个博弈参与者的得益不仅取决于自己采取的行动,也一个博弈参与者的得益不仅取决于自己采取的行动,也取决于其他博弈参与者所采取的行动。取决于其他博弈参与者所采取的行动。博弈论的精髓在于基于系统思维基础上的理性
15、换位博弈论的精髓在于基于系统思维基础上的理性换位思考,思考,即在选择你的行动时,你应当用他人的得益去推即在选择你的行动时,你应当用他人的得益去推测他人的行动,从而选择最有利于自己的行动。测他人的行动,从而选择最有利于自己的行动。17第17页,共343页。鹰鸽博弈(斗鸡博弈)鹰鸽博弈(斗鸡博弈)参与人:鹰和鸽参与人:鹰和鸽策略:保持原方向和转向策略:保持原方向和转向偏好:如果他们都保持原方向,就会撞车。如果都转偏好:如果他们都保持原方向,就会撞车。如果都转向,就都保住了面子。如果只有对方转向,就会被称向,就都保住了面子。如果只有对方转向,就会被称为硬汉。为硬汉。保持保持 转向转向 保持保持 0,
16、0 3,1转向转向 1,32,2鸽鸽鹰鹰18第18页,共343页。公共财产的悲剧公共财产的悲剧12少吃少吃 多吃多吃 少吃少吃 2,20,3多吃多吃 3,01,119第19页,共343页。智猪博弈智猪博弈12按下按下 不按不按 按下按下 4,2 2,3不按不按 6,-10,0小猪小猪大大猪猪20第20页,共343页。定义定义:si 是是si 的的严格劣势战略严格劣势战略(strictly dominated),),如果如果:ui(si,s-i)ui(si,s-i)“沉默沉默”是是“招认招认”的严格劣战略的严格劣战略-1,-1-9,00,-9-6,-6 囚徒囚徒 2沉默沉默 招认招认沉默沉默 招
17、认招认囚徒囚徒1理性的参与人不会理性的参与人不会选择严格劣策略选择严格劣策略21第21页,共343页。公共财产的悲剧公共财产的悲剧12少吃少吃 多吃多吃 少吃少吃 2,20,3多吃多吃 3,01,122第22页,共343页。重复剔除严格劣策略重复剔除严格劣策略1,01,20,10,30,12,0上下参与人2左 中 右参与人11,01,20,30,1上下参与人2左 中参与人1博弈结果(上,中)博弈结果(上,中)23第23页,共343页。两人都没有严格劣策略两人都没有严格劣策略保持保持 转向转向 保持保持 0,0 3,1转向转向 1,32,2鸽鸽鹰鹰12按下按下 不按不按 按下按下 4,2 2,3
18、不按不按 6,-10,0小猪小猪大大猪猪24第24页,共343页。定义定义:s*=(s1*,sn*)是一个是一个纳什均衡纳什均衡(Nash equilibrium),如如果对果对 i,ui(si*,s i*)ui(si,s i*)纳什均衡为如下最大化问题的解纳什均衡为如下最大化问题的解 ui=ui(s1*,si,sn*)iiSs max给定你的策略,我的策略是最好的策略给定你的策略,我的策略是最好的策略给定我的策略,你的策略也是最好的策略给定我的策略,你的策略也是最好的策略因此没有一个参与人会轻率地偏离这个策略组合而使因此没有一个参与人会轻率地偏离这个策略组合而使 自己蒙受损失自己蒙受损失25
19、第25页,共343页。纳什均衡特例:纳什均衡特例:u1(s11,s21),u2(s11,s21)u1(s11,s22),u2(s11,s22)u1(s12,s21),u2(s12,s21)u1(s12,s22),u2(s12,s22)u1(s13,s21),u2(s13,s21)u1(s13,s22),u2(s13,s22)s11 s12 s13参与人参与人1 1参与人参与人2 2s21 s22(s11*,s21*)是纳什均衡,如果是纳什均衡,如果 u1(s11*,s21*)u1(s12,s21*)u1(s11*,s21*)u1(s13,s21*)u2(s11*,s21*)u2(s11*,s2
20、2).26第26页,共343页。寻找纳什均衡的方法之一:划线法寻找纳什均衡的方法之一:划线法-1,-1-9,00,-9-6,-6 囚徒囚徒 2 沉默沉默 招认招认沉默沉默 招认招认囚徒囚徒1-6,-6没有哪个博弈方有偏离这个预测结果的愿望没有哪个博弈方有偏离这个预测结果的愿望第一类决策矛盾:强第一类决策矛盾:强烈的个人动机将导致烈的个人动机将导致集体的损失集体的损失27第27页,共343页。对于策略组合对于策略组合S和和S,如果所有的参与人相对于,如果所有的参与人相对于S都更偏好于采取都更偏好于采取S,而且至少对一个参与人来说是严格偏好的,我们就说而且至少对一个参与人来说是严格偏好的,我们就说
21、S比比S更有效率更有效率。用数学来表示,如果用数学来表示,如果ui(S)ui(S)对每个参与人对每个参与人i都成立,并且不等都成立,并且不等式至少对一个参与人是严格成立的,那么式至少对一个参与人是严格成立的,那么S比比S更有效率更有效率。-1,-1-9,00,-9-6,-6 囚徒囚徒 2 沉默沉默 招认招认沉默沉默 招认招认囚徒囚徒1(沉默,沉默)比(招认,招认)更有效率(沉默,沉默)比(招认,招认)更有效率28第28页,共343页。如果不存在其他更有效率的策略组合,我们就称这个策略组合如果不存在其他更有效率的策略组合,我们就称这个策略组合S是有是有效的效的。用数学来表示,不存在其他策略组合。
22、用数学来表示,不存在其他策略组合S对每个参与人对每个参与人i来说来说都满足都满足ui(S)ui(S),同时对某个参与人,同时对某个参与人j来说满足来说满足ui(S)ui(S)。-1,-1-9,00,-9-6,-6 囚徒囚徒 2 沉默沉默 招认招认沉默沉默 招认招认囚徒囚徒1(沉默,沉默)(沉默,沉默),(招认,沉默),(招认,沉默),(沉默,招认)都是有效(沉默,招认)都是有效的策略组合的策略组合29第29页,共343页。寻找纳什均衡的方法之一:划线法寻找纳什均衡的方法之一:划线法1,01,20,10,30,12,0上上下下参与人参与人2左左 中中 右右参与人参与人11,230第30页,共34
23、3页。寻找纳什均衡的方法之一:划线法寻找纳什均衡的方法之一:划线法0,44,05,34,00,45,33,53,56,6上上中中下下参与人参与人2左左 中中 右右参与人参与人16,631第31页,共343页。寻找纳什均衡的方法之一:划线法寻找纳什均衡的方法之一:划线法2,10,00,01,2 帕特帕特歌剧歌剧 拳击拳击歌剧歌剧 拳击拳击克里斯克里斯性别战性别战(the battle of the Sexes)1,22,1第二类决策矛盾:达成第二类决策矛盾:达成均衡的方式不止一种,均衡的方式不止一种,策略不确定性有时会阻策略不确定性有时会阻碍有效结果的获得碍有效结果的获得沟通沟通32第32页,共
24、343页。寻找纳什均衡的方法之一:划线法寻找纳什均衡的方法之一:划线法鹰鸽博弈鹰鸽博弈保持保持 转向转向 保持保持 0,0 3,1转向转向 1,32,2鸽鸽鹰鹰制度、规则、制度、规则、行为及文化行为及文化第二类决策矛盾:达成均衡第二类决策矛盾:达成均衡的方式不止一种,策略不确的方式不止一种,策略不确定性有时会阻碍有效结果的定性有时会阻碍有效结果的获得获得33第33页,共343页。现实生活中无效率均衡的例子现实生活中无效率均衡的例子-QWERTY的键位设计的键位设计第三类决策矛盾:习惯已经根深蒂固了第三类决策矛盾:习惯已经根深蒂固了标准的键位设计(第三行以标准的键位设计(第三行以QWERTY开始
25、)是由打字机的发明者为开始)是由打字机的发明者为了防止按键卡死而修正的。对于机械打字机来说,当两个位置接近的按了防止按键卡死而修正的。对于机械打字机来说,当两个位置接近的按键同时按下的时候,会导致用来敲打色带的铅字杠杆之间发生纠结,因键同时按下的时候,会导致用来敲打色带的铅字杠杆之间发生纠结,因此发明者设计键位的原则是将那些经常连在一起使用的字母分开排列。此发明者设计键位的原则是将那些经常连在一起使用的字母分开排列。但按键卡死在现代来说并不是一个问题。但按键卡死在现代来说并不是一个问题。20实际实际30年代,年代,August Dvorak和和William Dealey通过对英语中单词运通过
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