Методы решения матричных игр
Сравнительно
просто решаются игры, в которых хотя бы
один игрок имеет всего две чистых
стратегии: игры 2
2,
2
n,
m
n.
Когда m,
n>2
теория игр не имеет собственного точного
метода. Такие игры сводятся к задачам
линейного программирования и решаются
методом симплекс-таблиц. Нужно заметить,
что применение симплекс метода приводит
к громоздким вычислениям уже для игры
3x3. Для игр больших размеров применяются
приближенные методы.
Решение 22-игры
В
общем случае игра 2
2
определяется матрицей
.
Прежде всего, необходимо проверить, есть ли у данной игры седловая точка. Если да, то игра имеет решение в чистых стратегиях, причём оптимальными стратегиями игроков A и B соответственно будут чистая максиминная и чистая минимаксная стратегии. Если же игра с матрицей выигрышей А не имеет решения в чистых стратегиях, то оба игрока имеют только такие оптимальные стратегии, которые используют все свои чистые стратегии с положительными вероятностями.
Пусть U = (, 1 ) – оптимальная стратегия игрока A. Тогда
;
.
Аналогично, если W = (, 1 – ) – оптимальная стратегия игрока B, то
.
Решение m n – игры
В некоторых случаях игры больших размеров можно упростить и привести к малым размерам. В основе такого преобразования лежит понятие доминирования стратегий.
Пусть
дана m
n- игра А. Говорят, что
i-я стратегия игрокаAдоминирует его k-ю стратегия, если
для всехj= 1,2,…,n.
Говорят, что j-я стратегия игрокаBдоминирует его l-и стратегию, если
для всехi= 1,2,…,m.
.
Из
определения видно, что доминирующая
стратегия дает игроку выигрыш не хуже,
чем доминируемая. Отсюда следует, что
игрок всегда может обойтись без
доминируемых стратегий, в частности,
если есть одинаковые стратегии, то он
может применять только одну из них.
Поэтому в матрице А доминируемые
стратегии (строки или столбцы) могут
быть отброшены, а это приводит к матрице
малых размеров. В результате выполнения
доминирования получается игра,
эквивалентная первоначальной, в смысле
следующего утверждения.
Теорема
2. Пусть (x,y)
- седловая точкаm
n- игры А, а (
)
- седловая точка
- игры A' (
),
полученной из А в результате исключения
доминируемых стратегий. Тогда
,
для всех недоминируемых i, j:
=0,
для всех доминируемых i:
Пример 1. Рассмотрим игру

Стрелками
показаны доминируемые стратегии.
Получили 2х2-игру, в которой все стратегии
недоминируемы. Игра
эквивалентна
первоначальной игре А, т.е. оптимальные
стратегии в игре А имеют видx=(0,
),
В
результате вместо игры А мы можем решить
более простую 2х2-игру
.
Теперь мы можем указать общий порядок решения матричной игры:
проверить, существует ли решение в чистых стратегиях; если есть, то игра решена;
если нет решения в чистых стратегиях, то выполнить доминирование;
найти решение в смешанных стратегиях.
Решение игр 2
Для
построения решений 2
- игр существует эффективный метод,
основанный на простых геометрических
соображениях. Этот метод называют
графическим.
Рассмотрим
игру 2
n:
.

Задача
игрока Aсостоит в
максимизации функции
.Так
как
,
мы имеем
.
Таким
образом, vявляется
минимумомnлинейных
функций одной переменной
;
можно вычертить графики этих функций
и затем максимизировать их минимум g(
)
графическими методами. Покажем на
примере игры 2
3.
Поясним на примере 1.

На плоскости хОу введём систему координат и на оси Ох отложим отрезок единичной длины А1, А2, каждой точке которого поставим в соответствие некоторую смешанную стратегию игрока 1 (х, 1-х). В частности, точке А1 (0;0) отвечает стратегия А1, точке А2 (1;0) - стратегии А2 и т. д.

На перпендикуляре А1 будем откладывать выигрыш игрока 1 при стратегии 1, на втором - при стратегии А2.
Таким образом, ординаты точек, принадлежащих ломаной оMNс определяют минимальный выигрыш игрока 1 при применении им любой смешанной стратегии. Эта минимальная величина является максимальной в точке N; следовательно, этой точке соответствует оптимальная стратегия Х* = (х, 1-х), а её ордината равна цене игры. Координаты точки N находим как пересечение прямых.
Соответствующие два уравнения имеют вид

следовательно, х = (3/11,9/11), при цене игры v = 49/11. таким образом мы можем найти оптимальную стратегию при помощи матрицы

Оптимальные стратегии для игрока 2 можно найти из системы

Укажем
основные этапы нахождения решения игры
2
n
(m
2):
1) Строим прямые, соответствующие стратегиям второго (первого) игрока.
2) Определяем нижнюю (верхнюю) огибающую графиков, соответствующих столбцам (строкам).
3) Находим две стратегии второго (первого) игрока, которым соответствует две прямые, пересекающиеся в точке с максимальной (минимальной) ординатой.
4) Определяем цену игры и оптимальные стратегии игроков.
