Метаигры

Это такие игры, результатом которых является набор правил для другой игры (называемой целевой или игрой-объектом). Цель метаигр -- увеличить полезность выдаваемого набора правил. Теория метаигр связана с теорией оптимальных механизмов (англ.).

Основные понятия теории игр

В задачах оптимизации решение выбиралось при предположении о том, что известны целевая функция, различные способы действия и ограничения. Рассмотрим задачи принятия решений в ситуациях с несколькими участниками, когда значение целевой функции для каждого из субъектов зависит и от решений, принимаемых всеми остальными участниками.

Предметом теории игр являются такие ситуации, в которых важную роль играют конфликты и совместные действия.

Всякая претендующая на адекватность математическая модель социально-экономического явления должна отражать присущие ему черты конфликта, т.е. описывать:

1. множество заинтересованных сторон (игроков);

2. возможные действия каждой из сторон (стратегии или ходы);

3. интересы сторон, представленные функциями выигрыша (платежа) для каждого из игроков.

В теории игр предполагается, что функции выигрыша и множество стратегий, доступных каждому из игроков, общеизвестны, т.е. каждый игрок знает свою функцию выигрыша и набор имеющихся в его распоряжении стратегий, а также функции выигрыша и стратегии всех остальных игроков, и в соответствии с этой информацией организует свое поведение.

Формализация содержательного описания конфликта представляет собой его математическую модель, которую называют игрой.

Теория игр впервые была систематически изложена Дж. фон Нейманом и О. Монгерштерном в 1944 г., хотя отдельные результаты были опубликованы еще в 20-х годах. Нейман и Монгерштерн написали оригинальную книгу, которая содержала главным образом экономические примеры, поскольку экономическому конфликту легче всего придать численную форму. Во время второй мировой войны и сразу после нее теорией игр серьезно заинтересовались военные, которые увидели в ней аппарат для исследования стратегических решений. Затем главное внимание снова стало уделяться экономическим проблемам. Сейчас ведется большая работа, направленная на расширение сферы применения теории игр.

Классификация игр

Различные виды игр можно классифицировать, основываясь на том или ином принципе: по числу игроков, по числу стратегий, по свойствам функций выигрыша, по возможности предварительных переговоров и взаимодействия между игроками в ходе игры.

Формальное представление игр

Дадим формальное описание перечисленных элементов конфликта. Множество всех игроков, обозначаемое I, в случае конечного их числа может задаваться простым перечислением игроков. Например, I = {1, 2} при игре в орлянку, I = {Продавец, Покупатель} в ситуации монополия-монопсония, I = {1, 2, ..., n} в случае анализа результатов голосования в парламенте.

Множество стратегий игрока i обозначим через Xi. При игре в орлянку каждый игрок располагает двумя стратегиями: Xi = {Орел, Решка}; каждый участник голосования имеет выбор на множестве стратегий {За, Против}. В случае взаимодействия на рынке как Продавец, так и Покупатель могут назначать некоторую неотрицательную цену на продаваемый (покупаемый) товар, т.е. множество стратегий каждого из них Xi: Рi > 0.

В каждой партии игрок выбирает некоторую свою стратегию xi Xi , в результате чего складывается набор стратегий x = {x1, x2, ..., xn}, называемый ситуацией. Так, ситуацию в Парламенте описывает список {За, За, Против, За, ...}, полученный в итоге проведенного голосования.

Заинтересованность игроков в ситуациях проявляется в том, что каждому игроку i в каждой ситуации х приписывается число, выражающее степень удовлетворения его интересов в данной ситуации. Это число называется выигрышем игрока i и обозначается через hi(x), а соответствие между набором ситуаций и выигрышем игрока i называется функцией выигрыша (платежной функцией) этого игрока Нi.

В случае конечной игры двух лиц функции выигрыша каждого из игроков удобно представлять в виде матрицы выигрышей, где строки представляют стратегии одного игрока, столбцы - стратегии другого игрока, а в клетках матрицы указываются выигрыши каждого из игроков в каждой из образующихся ситуаций. Данная форма представления конечных игр двух лиц объясняет общее для них название - матричные игры.

Например, в случае игры в орлянку каждый из игроков имеет по две стратегии, именуемые Орел и Решка. Если игроки выбирают одинаковые стратегии, т.е. в случаях, если оба говорят «Орел» или оба говорят «Решка», 1-й игрок выигрывает 1 рубль, а второй игрок проигрывает 1 рубль. В ситуациях, когда оба игрока выбирают различные стратегии, 1_й игрок проигрывает 1 рубль, а 2_й игрок соответственно этот 1 рубль выигрывает.

В итоге матрица выигрышей 1_го игрока Н1 выглядит следующим образом:

	Стратегии 2-го игрока
		Орел Решка
Стратегии 1-го игрока	Орел
	Решка

Соответственно матрица выигрышей 2_го игрока Н2 имеет вид:

	Стратегии 2-го игрока
		Орел Решка
Стратегии 1-го игрока	Орел
	Решка

Для антагонистических игр, в которых выигрыш одного игрока равен проигрышу другого (игр с нулевой суммой), выполняется соотношение Н1 = -Н2. Игра в орлянку, очевидно, является примером такой игры.

Часто для наглядности матрицы выигрышей для обоих игроков совмещают в одну, которая дает полное представление о всей игре:

	Стратегии 2-го игрока
		Орел Решка
Стратегии 1-го игрока	Орел
	Решка

В каждой клетке этой матрицы слева указаны значения выигрыша 1_го игрока, справа - значения выигрыша 2_го игрока.Рассмотрим пример задания матрицы выигрышей для игры с нулевой суммой, называемой в литературе по теории игр Дилемма Заключенного. Содержание игры следующее: два преступника ожидают приговора суда за совершенное злодеяние. Адвокат конфиденциально предлагает каждому из преступников облегчить его участь (и даже освободить!), если он сознается и даст показания против сообщника, которому грозит угодить в тюрьму за совершенное преступление на 10 лет. Если никто не сознается, то обоим угрожает заключение на определенный срок (скажем, 1 год) по обвинению в незначительном преступлении. Если сознаются оба преступника, то, с учетом чистосердечного признания, им обоим грозит попасть в тюрьму на 5 лет. Каждый заключенный имеет на выбор 2 стратегии: не сознаваться или сознаваться, выдав при этом сообщника. В итоге можно получить следующую матрицу «выигрышей» для обоих игроков:

	Стратегии 2-го игрока
		Сознаться Не сознаться
Стратегии 1-го игрока	Сознаться
	Не сознаться

Приведем пример записи функции выигрыша для бесконечной игры. В случае дуополии каждый из игроков может объявить цену р, по которой он хотел бы продать некоторое количество товара. При этом предполагается, что потребители приобретут товар у фирмы, объявившей меньшую цену, или распределяет свой спрос поровну между фирмами в случае, если они назначили одинаковую цену. Если функцию спроса в зависимости от цены на товар обозначить как d(p), то функция выигрыша 1_й фирмы П1(р1, р2) будет иметь вид

{ р1d(p1), если p1 < p2,

П1(р1, р2) = { если p1 = p2,

{ 0, если p1 > p2.

Аналогично выглядит функция выигрыша 2-й фирмы П2(р1, р2).