- •Содержание
- •Цели и задачи курсового проекта
- •1. Линейная производственная задача
- •2. Двойственная задача
- •Задача о "расшивке узких мест производства"
- •3. Транспортная задача линейного программирования
- •4. Динамическое программирование. Распределение капитальных вложений
- •5. Задача формирования оптимального портфеля ценных бумаг
- •6. Матричная игра как модель конкуренции и сотрудничества
- •7. Анализ доходности и риска финансовых операций
- •8. Принятие решений в условиях неопределенности
6. Матричная игра как модель конкуренции и сотрудничества
Теория игр: совокупность математических методов, анализа и оценки поведения в конфликтных ситуациях, когда сталкиваются интересы двух или более сторон, преследующие различные, иногда противоположные цели. Противоречащие друг другу интересы наблюдаются в области экономики, военном деле, спорте, иногда противоречат интересы различных ступеней иерархии в СУ. Теория игр представляет собой математическую теорию конфликтных ситуаций. Ее цель-выработка рекомендаций по разумному поведению участников конфликта.
Постановка задачи:
Рассмотрим матричную игру двух лиц с нулевой суммой.
Задана матрица:

Участвуют 2 игрока. 1-ый выбирает номер строки, а 2-ой независимо от 1-го выбирает номер столбца. Если 1-ый загадал 2-ую строку, а второй – 2-ой столбец, то выигрыш второго составляет 8 рублей.
Вначале проведем анализ на доминирование. Так как строки выбирает первый игрок, то мы исключаем из платежной матрицы доминируемые строки. Первая строка доминирует третью. В результате исключения третьей строки получаем:

Первый и четвертый столбец равнозначны. Исключаем четвертый, у нас получается платежная матрица, которую упростить уже невозможно:

Далее проведем
анализ игры на седловую точку. Найдем
минимумы по строкам
и максимумы по столбцам
:
![]()

![]()
Нижняя цена игры
будет равна:
верхняя цена игры равна:
.
Поскольку
,
то решения игры в чистых стратегиях
нет. Будем искать решение в смешанных
стратегиях. Чтобы сделать все элементы
платежной матрицы положительными,
прибавим к каждому ее элементу
константу, равную 10, при этом решение
игры не изменится, а цена игры
возрастет на 10 и будет больше нуля.
Матрица игры примет следующий вид:

Решение игры
сводится к нахождению решения
симметричной пары взаимно двойственных
задач линейного программирования.
Пусть
![]()
- стратегии игроков. Найдем сначала
.
Проигрыш Второго
игрока будет не больше, чем цена
игры
:

![]()
Разделим каждое
из неравенств на
и введем обозначения
,
получим:

![]()
Поскольку
,
то переменныеx1,
x2,
x3,
x4
удовлетворяют
условию:
,
но v
есть
проигрыш второго игрока, который он
стремится сделать минимальным.
Следовательно, величина
должна быть максимальна. Таким
образом, имеем следующую задачу
линейного программирования:
Найти вектор
,
который обеспечивает максимум целевой
функции
,
при следующих линейных ограничениях:

![]()
Решение:
Найдем ее оптимальное решение симплексным методом.
Итак,
,
при

![]()
Сначала приведем
эту задачу к основной задаче линейного
программирования:
![]()
Превратим неравенства в равенства, ля этого добавим к каждому неравенству дополнительные неотрицательные неизвестные x5, x6, x7. Вспомогательная задача будет иметь вид:
,
при ограничениях:

![]()

![]()
![]()
Откуда:
;
Составляем симплексную таблицу:
|
Ć |
Б |
Н |
X1 |
X2 |
X3 |
X4 |
X5 |
X6 |
X7 |
Пояснения |
|
0 |
X5 |
1 |
10 |
5 |
13 |
9 |
1 |
0 |
0 |
max(j>0)= 31 min(α)=1/17, x3 в базис, x6 из базиса |
|
0 |
X6 |
1 |
14 |
2 |
17 |
0 |
0 |
1 |
0 | |
|
0 |
X7 |
1 |
4 |
12 |
1 |
15 |
0 |
0 |
1 | |
|
|
|
3-S |
28 |
19 |
31 |
13 |
0 |
0 |
0 | |
|
0 |
X5 |
4/17 |
-12/17 |
59/17 |
0 |
9 |
1 |
|
0 |
max(j>0)= 24 min(α)= |
|
-1 |
X3 |
1/17 |
14/17 |
2/17 |
1 |
0 |
0 |
0 | ||
|
0 |
X7 |
16/17 |
54/17 |
202/17 |
0 |
15 |
0 |
1 | ||
|
|
|
20/17 -S |
42/17 |
261/17 |
0 |
24 |
0 |
0 | ||
|
-1 |
X4 |
4/153 |
-12/153 |
59/153 |
0 |
1 |
|
|
0 |
max(j>0)= 933/153 min(α)=4/59, x2 в базис, x4 - из |
|
-1 |
X3 |
1/17 |
14/17 |
2/17 |
1 |
0 |
0 | |||
|
0 |
X7 |
84/153 |
666/153 |
933/153 |
0 |
0 |
1 | |||
|
|
|
84/153-S |
666/153 |
933/153 |
0 |
0 |
0 | |||
|
-1 |
X2 |
4/59 |
-12/59 |
1 |
0 |
153/59 |
|
|
0 |
max(j>0)= 330/59 min(α)=8/330, x1 в базис, x7 - из |
|
-1 |
X3 |
3/59 |
50/59 |
0 |
1 |
-18/59 |
0 | |||
|
0 |
X7 |
8/59 |
330/59 |
0 |
0 |
-933/59 |
1 | |||
|
|
|
8/59-S |
330/59 |
0 |
0 |
-933/59 |
0 | |||
|
-1 |
X2 |
24/330 |
0 |
1 |
0 |
666/330 |
|
|
|
|
|
-1 |
X3 |
10/330 |
0 |
0 |
1 |
690/330 | ||||
|
-1 |
X1 |
8/330 |
1 |
0 |
0 |
-933/330 | ||||
|
|
|
0-S |
0 |
0 |
0 |
0 |
;
Вернемся теперь к решению основной задачи, в целевую функцию входят решения:

![]()

|
Ć |
Б |
Н |
X1 |
X2 |
X3 |
X4 |
Пояснения |
|
-1 |
X2 |
24/330 |
0 |
1 |
0 |
666/330 |
|
|
-1 |
X3 |
10/330 |
0 |
0 |
1 |
690/330 | |
|
-1 |
X1 |
8/330 |
1 |
0 |
0 |
-933/330 | |
|
|
|
-42/330-K |
0 |
0 |
0 |
-423/330 |
,
тогда
;
Цена игры равна
;
![]()
Найдем теперь оптимальную стратегию P* первого игрока. Выигрыш первого игрока будет не меньше, чем цена игры:

Разделим каждое
из этих неравенств на
и введем обозначения
.
Получим:

![]()
Поскольку
,
то![]()
Но
есть выигрыш Первого игрока, который
стремиться его максимизировать.
Следовательно, величина
должна быть минимальна. Таким образом,
имеем следующую задачу линейного
программирования:
Найти вектор
,
который обеспечивает минимум целевой
функции
,
при следующих ограничениях:

![]()
Эта задача является двойственной по отношению к рассмотренной выше задаче.
|
Прямая задача: |
Двойственная задача: |
|
|
|
;
;

;
![]()
Т.к. x1, x2, x3 отличны от нуля:

;
,
а цена игры по-прежнему равна
;
;
Теперь возвращаемся
к исходной матрице игры
.
Решение игры принимает вид:
;
;
;
|
|
q1=4/21 |
q2=12/21 |
q3=5/21 |
q4=0 |
|
p1=2/7 |
0 |
-5 |
3 |
-1 |
|
P2=3/14 |
4 |
-8 |
7 |
-10 |
|
P3=7/14 |
-6 |
2 |
-9 |
5 |
Найдем риск игры при использовании игроками своих оптимальных стратегий:
;
А также риск при использовании одним из игроков своей чистой, а другим – своей оптимальной стратегии (нижний индекс – Первого игрока, верхний – Второго):
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Минимальное
значение риска равно
и меньше
.
Этот риск соответствует ситуации,
когда первый игрок играет по своей
чистой первой стратегииP1,
а второй игрок использует оптимальную
стратегию Q*.
Однако,
играть с
таким риском можно только с согласия
обеих игроков, т.е. при их сотрудничестве
друг с другом.


