【精品】信息经济学:信息与非合作博弈理论()精品ppt课件.ppt
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1、信息经济学:信息与非合作博弈理论()3 信息与非合作博弈理论教学目标教学目标v了解博弈论的基本概念v掌握非合作博弈的种类及其均衡解之间的关系v会求博弈的一些基本类型的均衡解3 信息与非合作博弈理论3.1 博弈论概述3.2 完全信息静态博弈3.3 完全信息动态博弈3.4 不完全信息静态博弈3.5 不完全信息动态博弈 博弈论(gametheory)定义:研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题的,是专门研究博弈如何出现均衡的规律的学科。博弈论的相关概念包括:参与人、行动、战略、信息、共同知识、支付函数、结果、均衡。3 信息与非合作博弈理论3.1 博弈论概述3.1.1什么是
2、博弈论 3.1.2博弈的分类3 信息与非合作博弈理论3.1 博弈论概述非合作博弈参与人行动的先后顺序参与人对对手信息的掌握静态博弈完全信息博弈不完全信息博弈动态博弈3.2 完全信息静态博弈一般用G=S1,S2,Sn;u1,u2,un表示战略式博弈。3.2.1博弈的战略式表述3 信息与非合作博弈理论战略式表述战略式表述1博弈的参与人集合:i,=(1,2,n)2每个参与人的策略空间Si,i=1,2,n3每个参与人的支付函数ui(s1,si,sn),i=1,2,n 表 3.2 房地产开发博弈(a)高需求情况 开发商B 开发 不开发 开发商A 开发 不开发4000,40008000,00,80000,
3、03 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.1博弈的战略式表述 表 3.2 房地产开发博弈(b)低需求情况 开发商B 开发 不开发 开发商A 开发 不开发-3000,-3000 1000,00,10000,03 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.1博弈的战略式表述 表3.3 囚徒困境囚犯B坦白抵赖囚犯A坦白抵赖3.2.2纳什均衡 -8,-80,-10-10,0-1,-13 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈一个参与人的最优战略并不依赖于其他参与人的战略选择,即不论其他参与人选择什么战略,他的最优战略是唯一的,这样的最优战略被称为“占优战略”(domin
4、antstrategy)。1 1、占优战略均衡、占优战略均衡1、占优战略均衡 3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡在博弈的战略式表述中,如果对于所有的i,si*是i占优战略,那么,战略组合s*=(s1*,sn*)就称为占优战略均衡ui(si*,s-i)ui(si,s-i),sisi*占优战略均衡占优战略si*2、重复剔除的占优均衡战略组合s*=(s1*,sn*)称为重复剔除的占优均衡,如果它是重复剔除劣战略后剩下的唯一唯一的战略组合。如果这种唯一的战略组合是存在的,我们说该博弈是重复剔除占优可解的。3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡
5、2、重复剔除的占优均衡表3.4抽象博弈参与人2左中右参与人1上下1,01,20,10,30,12,03 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡2、重复剔除的占优均衡表3.5抽象博弈参与人2左中参与人1上下1,01,20,30,13 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡2、重复剔除的占优均衡表3.6抽象博弈参与人2左中参与人1上显然,(上,中)就是该博弈唯一的均衡解。这种方法在博弈论中被称为重复剔除严格劣战略。1,01,23 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡3、纳什均衡 3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博
6、弈3.2.2纳什均衡G=S1,S2,Sn;u1,u2,,un中,战略组合s*=(s1*,s2*,sn*)是一个纳什均衡如果对于每一个i,si*是给定其他参与人的选择s-i*=(s1*,si-1*,si+1*,sn*)的情况下,第i个人的最优战略,即ui(si*,s-i*)ui(si,s-i*),si*Si*,i或:si*是下述最大化问题的解:si*argmaxui(s1*,,si-1*,si,si+1*,,sn*),si*Si*,i=1,2,,n3、纳什均衡 在两人有限博弈中,求解纳什均衡有一种简单的方法:划线法。表3.7抽象博弈参与人BLCRU参与人AMD0,44,05,34,00,45,3
7、3,53,56,63 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡3、纳什均衡 纳什均衡有强弱之分。上述定义中给出的是弱纳什均衡,一个纳什均衡是强的,如果给定其他参与人的策略,每一个参与人的选择是唯一的。即,s*是一个强Nash均衡,当且仅当对每一个i,sisi*,总有ui(si*,s-i*)ui(si,s-i*)。在有些博弈中,纳什均衡存在,但它不是强纳什均衡。如表3.8的博弈中,(U,L)和(U,R)都是纳什均衡,但没有一个是强纳什均衡。3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡 3、纳什均衡 表3.8抽象博弈参与人BLCRU参与人AMD2,121
8、,101,120,120,100,110,120,120,13 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.2纳什均衡设有两个参与人,分别称为企业1和企业2,每个企业的策略是选择产量,得益是利润,它是两个企业产量的函数。我们用qi0,)表示第i个企业的产量,Ci(qi)表示成本函数,P=P(q1+q2)表示逆需求函数。第i个企业的利润函数为:i(q1,q2)=qiP(q1+q2)Ci(qi),i=1,2(q1*,q2*)是纳什均衡产量意味着:q1*argmax1(q1,q2*)=q1P(q1+q2*)C1(q1)q2*argmax2(q1*,q2)=q2P(q1*+q2)C2(q2)3
9、.2.3理论应用:Gournot寡头竞争模型3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈找出纳什均衡的一个办法是对每个企业的利润函数求一阶导数并令其为零:1/q1=P(q1+q2)+q1P(q1+q2)C1(q1)=02/q2=P(q1+q2)+q2P(q1+q2)C2(q2)=0上述两个一阶条件分别定义了两个反应函数:q1*=R1(q2)q2*=R2(q1)反应函数意味着每个企业的最优策略(产量)是另一个企业产量的函数,两个函数的交点就是纳什均衡q*=(q1*,q2*),如下图。3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.3理论应用:Gournot寡头竞争模型图3.1Gour
10、not模型的纳什均衡3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.3理论应用:Gournot寡头竞争模型表3.9猜硬币游戏儿童B正面反面儿童A正面反面表3.10社会福利博弈流浪汉寻找工作游荡政府救济不救济3.2.4混合战略纳什均衡-1,11,-11,-1-1,13,2-1,3-1,10,03 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈定义在博弈GS1,S2,Sn;u1,u2,un中,参与人的战略空间为Si=si1,si2,sik,则参与人i以概率分布i=(i1,ik)随机地在其k个可选战略中选择的“战略”称为个混合战略。其中0ij1,且ij=1。这样,纯战略可以理解为混合战略的特例
11、,如纯战略si可以看作是混合策略i=(1,0,0),即选择纯战略si的概率为1,选择任何其它纯战略的概率为0。3 信息与非合作博弈理论3.2 完全信息静态博弈3.2.4混合战略纳什均衡3.3 完全信息动态博弈3.3.1博弈的扩展式表述3 信息与非合作博弈理论信息集信息集集合集合行动空间行动空间支付函数支付函数扩展式表述扩展式表述行动行动顺序顺序外生事件概率图3.2房地产开发博弈ANNBBBB开 发 不 开 发 需求大 需求小 需求大 需求小开发 不开发 开发 不开发 开发 不开发 开发 不开发(4,4)(8,0)(-3,-3)(1,0)(0,8)(0,0)(0,1)(0,0)单位:千万元hA(
12、1)hN(1)hN(2)hB(1)hB(2)hB(3)hB(4)h表 示 信息集3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.1博弈的扩展式表述3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.1博弈的扩展式表述不允许出现下面的情况:图3.3博弈树不允许的情况3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.1博弈的扩展式表述图3.4抽象例子3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.2扩展式表述博弈的纳什均衡从上图抽象例子的博弈树我们可以得到,参与人2有两个战略集,相应地也有两个信息集,A(h2(1)=A(h2(2)=左,右,其中H2=h2(1),h2(2)
13、;参与人2的纯战略空间为:S2=(A(h2(1),Ah2(2)=(左,右)(左,右)=(左,左),(左,右),(右,左),(右,右),其中纯战略(左,左)表明:当1取“上”时,2取“左”;当1取“下”时,2取“左”,如此等等。参与人1有三个信息集H1=hi(i),i=1,2,3,1的纯战略空间为:S1=A(h1(1)A(h1(2)A(h1(3)=(上,下)(A,B)(C,D),共8种纯战略。3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.2扩展式表述博弈的纳什均衡定义战略组合s*是扩展式博弈的一个纳什均衡,如果对于所有的i,si*最大化ui(si*,s-i*),即:si*argmaxu
14、i(si*,s-i*),对于任意i注意,因为一个参与人的纳什均衡战略是假定其他参与人的战略为给定时的最优战略,所有参与人似乎是在同时选择战略。但这并不意味着在纳什均衡中,参与人一定是在同时选择行动。定理一个有限完美信息博弈有一个纯战略纳什均衡。3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.2扩展式表述博弈的纳什均衡1、子博弈精炼纳什均衡纳什均衡在原则上适用所有的博弈,但对于预测参与人的行为来说,纳什均衡可能并不是一个合理的预测,如房地产博弈:图3.5房地产开发博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈1、子博弈精炼纳什均衡图3.6房地产开发博弈3
15、 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡1、子博弈精炼纳什均衡正式地,我们有下述定义:定义一个扩展式表述博弈的子博弈G由一个决策结x和所有该决策结的后续结T(x)(包括终点结)组成,它满足下列条件:x是一个单点信息集,即h(x)=x;对于所有的xT(x),如果xh(x),则xT(x)。3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡1、子博弈精炼纳什均衡 图3.7 抽象博弈 图3.8 抽象博弈3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡1、子博弈精炼纳什均衡有了子博弈的概念,下面给出“子博弈精炼纳什均
16、衡”的正式定义:定义扩展式表述博弈的战略组合s*=(s1*,,si*,sn*)是一个子博弈精炼纳什均衡,如果满足:(1)它是原博弈的纳什均衡;(2)它在每一个子博弈上给出纳什均衡。3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡2、子博弈精炼纳什均衡的求解-逆向归纳法图3.9三阶段完美信息3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈3.3.3子博弈精炼纳什均衡如同在库诺特模型中一样,在斯坦科尔伯格模型中,企业的行动也是选择产量。不同的是,在斯坦科尔伯格模型中,企业1(称为领头企业)先选择产量q1Q1=0,),企业2(称为尾随企业)观测到q1后选择自己的产量q2Q
17、2=0,)。因此,这是一个完美信息动态博弈。假定逆需求函数为P(Q)=aq1q2,两个企业有相同的不变单位成本c0,则支付(利润)函数为:ui(q1,q2)=qi(P(Q)c),i=1,23.3.4理论应用:Stackelberg寡头竞争模型3 信息与非合作博弈理论3.3 完全信息动态博弈我们用逆向归纳法求解这个博弈的子博弈精炼完美纳什均衡。假定q1已经选定,企业2的问题是:maxu2(q1,q2)=q2(aq1q2c)最优化一阶条件为s2(q1)=(aq1c)/2假定q1ac。这是实际上是库诺特模型中企业2的反应函数,不同的是,这里,s2(q1)是当企业1选择q1时企业2的实际选择,而在库诺
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