Skip to main content

1. přednáška

\xdef\scal#1#2{\langle #1, #2 \rangle} \xdef\norm#1{\left\lVert #1 \right\rVert} \xdef\dist{\rho} \xdef\and{\&}\xdef\AND{\quad \and \quad}\xdef\brackets#1{\left\{ #1 \right\}} \xdef\parc#1#2{\frac {\partial #1}{\partial #2}} \xdef\mtr#1{\begin{pmatrix}#1\end{pmatrix}} \xdef\bm#1{\boldsymbol{#1}} \xdef\mcal#1{\mathcal{#1}} \xdef\vv#1{\mathbf{#1}}\xdef\vvp#1{\pmb{#1}} \xdef\ve{\varepsilon} \xdef\l{\lambda} \xdef\th{\vartheta} \xdef\a{\alpha} \xdef\vf{\varphi} \xdef\Tagged#1{(\text{#1})} \xdef\tagged*#1{\text{#1}} \xdef\tagEqHere#1#2{\href{#2\#eq-#1}{(\text{#1})}} \xdef\tagDeHere#1#2{\href{#2\#de-#1}{\text{#1}}} \xdef\tagEq#1{\href{\#eq-#1}{(\text{#1})}} \xdef\tagDe#1{\href{\#de-#1}{\text{#1}}} \xdef\T#1{\htmlId{eq-#1}{#1}} \xdef\D#1{\htmlId{de-#1}{\vv{#1}}} \xdef\conv#1{\mathrm{conv}\, #1} \xdef\cone#1{\mathrm{cone}\, #1} \xdef\aff#1{\mathrm{aff}\, #1} \xdef\lin#1{\mathrm{Lin}\, #1} \xdef\span#1{\mathrm{span}\, #1} \xdef\O{\mathcal O} \xdef\ri#1{\mathrm{ri}\, #1} \xdef\rd#1{\mathrm{r}\partial\, #1} \xdef\interior#1{\mathrm{int}\, #1} \xdef\proj{\Pi} \xdef\epi#1{\mathrm{epi}\, #1} \xdef\grad#1{\mathrm{grad}\, #1} \xdef\gradT#1{\mathrm{grad}^T #1} \xdef\gradx#1{\mathrm{grad}_x #1} \xdef\hess#1{\nabla^2\, #1} \xdef\hessx#1{\nabla^2_x #1} \xdef\jacobx#1{D_x #1} \xdef\jacob#1{D #1} \xdef\subdif#1{\partial #1} \xdef\co#1{\mathrm{co}\, #1} \xdef\iter#1{^{[#1]}} \xdef\str{^*} \xdef\spv{\mcal V} \xdef\civ{\mcal U} \xdef\other#1{\hat{#1}}

V jakémsi smyslu zobecnění optimalizace, kdy máme více hráčů

Úvodní příklad (hra ultimátum)

Mějme I=[0,1]I = [0, 1] a 1. hráč si vybere xIx \in I a 2. hráč říká ano/ne na vybrané xx.

Hry v normální formě

Definice HNF\D{HNF} (Hra v normální formě)

Mějme nNn \in \N a N={1,2,,n}N = \set{1, 2, \dots, n} je množina hráčů. A zaveďme

  • XiX_i - množina strategií ii-tého hráče
  • uiu_i - výherní funkce ii-tého hráče (\prod je zde kartézský součin)
    ui:iNXiRu_i : \prod_{i \in N} X_i \to \R

Navíc předpokládáme, že hráči hrají "rozumně" a "ví všechno" (tj. znají množiny strategií ostatních hráčů i jejich výherní funkce).

Řekneme, že strategie xix_i dominuje yiy_i, značíme XiYi X_i \succ Y_i. Navíc značíme xi^=(x1,,xi1,xi+1,,xn)x_{\other i} = (x_1, \dots, x_{i - 1}, x_{i+1}, \dots, x_n) a pak ui(xi,xi^)ui(yi,xi^)xi^&xi^ui(xi,xi^)>ui(yi,xi^) u_i(x_i, x_{\other i}) \geq u_i(y_i, x_{\other i}) \quad \forall x_{\other i} \quad \and \quad \exists x_{\other i} \quad u_i(x_i, x_{\other i}) > u_i(y_i, x_{\other i})

Strategie xx je nedominovaná, jestliže neexistuje yxy \succ x.

Pokračování úvodního příkladů

X1=IX2={0,1}I, X_1 = I \\ X_2 = \set{0,1}^I, kde {0,1}I\set{0,1}^I je množina zobrazení z II do {0,1}\set{0,1}. Pak výherní funkce jsou u1(x,f)={x, pro f(x)=10, pro f(x)=0 u_1(x, f) = \begin{cases} x, & \text{ pro } f(x) = 1 \\ 0, & \text{ pro } f(x) = 0 \end{cases} u2(x,f)={1x, pro f(x)=10, pro f(x)=0 u_2(x, f) = \begin{cases} 1 - x, & \text{ pro } f(x) = 1 \\ 0, & \text{ pro } f(x) = 0 \end{cases}


Pro 1. hráče jistě 0x0 \prec x pro x0x \neq 0, protože ui(0,fi^)=0 u_i(0, f_{\other i}) = 0 ale ui(x,fi^)={x, pro f(x)=10, pro f(x)=00 u_i(x, f_{\other i}) = \begin{cases} x, & \text{ pro } f(x) = 1 \\ 0, & \text{ pro } f(x) = 0 \end{cases} \geq 0 Pro 2. hráče fgf \prec g nastane právě tehdy, když v gg souhlasíme ve více případech, tj. x:f(x)=1    g(x)=1&x:f(x)=0g(x)=1 \forall x : f(x) = 1 \implies g(x) = 1 \quad \and \quad \exists x : f(x) = 0 \land g(x) = 1 Jinak zapsáno f<gf < g.

Nyní předpokládejme xy,  x,y>0,xyx \prec y, \; x,y > 0, x \neq y, tj. hledáme f:u1(x,fi^)>u1(y,fi^) f : u_1(x, f_{\hat i}) > u_1(y, f_{\hat i}) a pak stačí libovolná ff, že f(x)=1,f(y)=0f(x) = 1, f(y) = 0, z čehož dostaneme 1>01 > 0.


Z pohledu řešení hry je rozumné neuvažovat libovolné dominované strategie. Tímto jsme ji ale vytrhli z kontextu. Tedy zde by si odmítnutím "budoval prestiž" na další hry. Zde by totiž 1. hráč si mohl vzít (skoro) celý interval (rohlík) a podle nedominované strategie by to 2. hráč přijal.

Definice SIT\D{SIT} (Situace)

Sitaucí nazveme nn-tici (x1,,xn)iNXi(x_1, \dots, x_n) \in \prod_{i \in N} X_i.

Řekneme, že situace x=(x1,,xn)\vv x = (x_1, \dots, x_n) dominuje podle Pareta sitauci y=(y1,,yn)\vv y = (y_1, \dots, y_n), pokud iN:ui(x)ui(y)&iN:ui(x)>ui(y) \forall i \in N : u_i (\vv x) \geq u_i (\vv y) \AND \exists i \in N : u_i (\vv x) > u_i (\vv y)


Pokračování úvodního příkladů

Například x=23x = \frac 2 3 a f(x)={1,x120,jinakf(x) = \begin{cases} 1, & x \leq \frac 1 2 \\ 0, & \text{jinak}\end{cases}.

V tomto případě pro (x,f)(x, f) mají u1(x,f)=u2(x,f)=0u_1(x, f) = u_2(x,f) = 0.

Naopak y=12y = \frac 1 2 a g(x)={1,x230,jinakg(x) = \begin{cases} 1, & x \leq \frac 2 3 \\ 0, & \text{jinak}\end{cases}.

V tomto případě pro (x,f)(x, f) mají u1(y,g)=u2(y,g)=12 u_1(y, g) = u_2(y, g) = \frac 1 2

A tedy (x,f)(y,g)(x,f) \prec (y,g) .

Pokud se dohodnou v obou situacích, pak o jejich dominování nemůžeme mluvit - jeden dostane méně, druhý více.

Definice ZAR\D{ZAR} (Zaručování)

Hráč ii si zaručuje xx, pokud xi:xi^:ui(xi,xi^)x \exists x_ i : \forall x_ {\other i} : u_ i(x_ i, x_ {\other i}) \geq x Dolní hodnotou hry pro ii-tého hráče je hi=supxiinfxi^=ui(xi,xi^) h^-_ i = \sup _ {x_ i} \inf_ {x_ {\other i}} = u_ i (x_i, x_{\other i})

Horní hodnotou hry pro ii-tého hráče je hi+=infxisupxi^=ui(xi,xi^) h^+_ i = \inf_ {x_ i} \sup_ {x_ {\other i}} = u_ i (x_i, x_{\other i})

U dolní hodnoty "škodící" hráči dopředu ví, co zahraji (první volíme v infimu, potom až v supremu)


Pro úvodní příklad je h1=h2=0 h_1^ - = h_2^ - = 0 a h1+=h2+=0 h_1^ + = h_2^ + = 0

Definice ROV\D{ROV} (Rovnovážná situace)

Řekneme, že x\vv x je rovnovážná situace (Nashova rovnováha), pokud iN:yiXi:ui(xi,xi^)ui(yi,xi^) \forall i \in N : \forall y_i \in X_i : u_i(x_i, x_{\other i}) \geq u_i (y_i, x_{\other i})

Pro každého hráče samostatně je dobré hrát takto


Mějme (x,f)(x, f) pro x>0x > 0, pak pro f(y)={1,yx0,y>xf(y) = \begin{cases}1, & y \leq x \\ 0, & y > x\end{cases}. Změňme xyx \to y, pak pokud

  • y<xy < x, pak u1(x,f)=xu_1(x,f) = x a u1(y,f)=y<xu_1(y,f) = y < x
  • y>xy > x, pak u1(x,f)=xu_1(x,f) = x a u1(y,f)=0<xu_1(y,f) = 0 < x

Nyní změňme fgf \to g, pak pro g(x)=1g(x) = 1 je u2(x,f)=x=u2(x,g)u_2(x,f) = x = u_2(x,g). Naopak pro g(x)=0g(x) = 0 je u2(x,g)=0u2(x,f)u_2(x,g) = 0 \leq u_2(x,f).

Hra 2 hráčů

Zde n=2n = 2 a značme

  • x1x_1 jako xx, X1X_1 jako XX
  • x2x_2 jako yy, X2X_2 jako YY
  • u1u_1 jako uu
  • u2u_2 jako vv

Antagonistická hra je taková, že pro situace (x,y)(x,y) a (xˉ,yˉ)(\bar x, \bar y), tak pokud u(x,y)u(xˉ,yˉ)    v(x,y)v(xˉ,yˉ) u(x,y) \geq u(\bar x, \bar y) \iff v(x,y) \leq v(\bar x, \bar y)

Paretovská dominance vylučuje antagonistickou hru

Hra s konstatním součtem nazýváme hru, kde u(x,y)+v(x,y)=c u(x,y) + v(x,y) = c a speciální případ jsou hry s nulovým součtem, kde u(x,y)+v(x,y)=0 u(x,y) + v(x,y) = 0

Šachy jsou hra s konstantím součtem (výhra - 1, remíza - 0.5). Naopak fotbal není (výhra - 3, remíza - 1), ale je antagonistická.

U koopertivních her mají hráči nějakým způsobem možnost dosahovat paretovské dominance

Definice MAT\D{MAT} (Maticová hra)

Mějme hru 2 hráčů, kde množiny X,YX,Y jsou konečné. Pišme X={x1,,xk}&Y={y1,,yl} X = \set{x_1, \dots, x_k} \AND Y = \set{y_1, \dots, y_l} a pak situace uspořádáme do matice X×YX \times Y následovně

Matice A,BA,B jsou pak výherní matice 1. a 2. hráče a u(xi,yj)=Ai,ju(x_i, y_j) = A_{i,j}.

Je-li navíc A=BA = - B, pak jde o maticovou hru, což je hra s nulovým součtem.

Pareto optimální strategie je taková, že není není dominovaná podle Pareta