
Бескоалиционные игры (110
..pdf
Доказательство. Предположим, что ситуация (x, y) Z(Γ). Покажем, что ситуация (x, y) не является оптимальной по Парето в игре Γ(A, B). Пусть игра Γ(A, B) регулярна. Тогда в силу теоремы 2 имеем |Mx| = |Ny|. Вычеркнем из матриц A и B все строки, индексы которых не попадают в спектр Mx, и все столбцы, индексы которых не попадают в спектр Ny. Оче-
видно, что полученные матрицы |
|
|
|
порядка | |
M |
x| × | |
N |
y| являются квад- |
|||
|
A, B |
|
|
|
|
|
|||||
ратными. Таким образом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ) = {( |
α |
ij |
, β |
ij)}(i, j) Mx×Ny |
. |
|
|
||||
A, B |
|
|
|
|
|
|
|
Пусть x = (ξi, i Mx) - вектор строка, а y = (ηj, j Ny)T - вектор-столбец. Пусть также u = (1, . . . , 1) R - вектор-строка, а uT - вектор-столбец. В силу свойства 2 имеем
i Mx : K(i, y) = K(x, y) и j Ny : K(x, j) = K(x, y).
Так как
K1(x, y) = x A y =
m |
n |
|
|
|
αij ξi ηj = |
|
= αij ξi ηj = |
||||||
i=1 j=1 |
|
|
|
i Mx j Ny |
||
|
= x |
|
= |
K |
1(x, y) |
|
|
|
A y |
|
|
||
и |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
n |
|
|
|
K1(i, y) = αij ηj = |
j=1
=αij ηj = K1(i, y), i M (в частности i Mx),
j Ny |
αij ηj = |
αij ξi ηj. Аналогично можно получить |
то i Mx : |
j Ny |
|
|
|
|
|
i Mx j Ny |
|||
соотношение j Ny : |
|
|
|
βij ξi = |
|||||
|
|
|
|
i Mx |
|
|
|
||
В силу полученных равенств имеем |
|||||||||
|
|
= |
|
1 |
( |
x, y |
) |
uT , |
|
A y |
|
K |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
βij ξi ηj.
i Mx j Ny
x |
= |
K |
2( |
x, y |
) |
u. |
(9) |
|
B |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
31
Предположим, что квадратные матрицы |
|
|
|
невырожденные и удовлетво- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A, B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ряют следующему свойству: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
a1 |
|
|
R : u B−1 A = a1 |
|
u, |
|
|
|
|
|
(10) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
R : B A−1 uT = a uT . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Умножив обе части первого из равенств (9) слева на |
|
|
а обе части второго |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- справа на |
|
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A−1, |
|
|
|
|||||||||
−1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
x |
= |
K |
2 |
( |
x, y |
) |
|
|
|
, y |
= |
K |
1 |
( |
x, y |
) |
|
uT . |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
u B−1 |
|
|
|
A−1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Далее, умножив обе части первого равенства справа на |
а обе части второго |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- слева на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A, |
|
|
|
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
B, |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
K |
2( |
x, y |
) |
|
|
|
|
|
|
|
= |
K |
1( |
x, y |
) |
|
|
||||||||||||||||||||||||
x A |
|
|
|
|
|
|
u B−1 |
|
A, B y |
|
|
|
|
B A−1 uT . |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Если ввести обозначения |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
то условия (10) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
= K |
(x, y) a , a |
|
= K |
|
|
(x, y) a |
, |
|
|||||||||||||||||||||
можно переписать в виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a1 |
|
R : x A = a1 u, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
. |
|
|
|
|
|
(11) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 R : B y = a2 u |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
Из условий (11) легко видно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
b1 |
|
R|Mx| |
: |
|
|
b1 B y > a2 b1 uT , |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
b2 R|Ny| : |
|
x A b2 > a1 u b2. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
При этом найдутся такие b1 R|Mx| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
и b2 R|Ny|, что b1 uT = 0, u b2 = 0. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В результате из системы условий (11) получаем систему: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
b1 |
|
R|Mx| : b1 |
· |
uT |
= 0 и b1 |
|
B y > 0, |
|
(12) |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
b2 R|Ny| : u · b2 = 0 и x A b2 > 0. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая неравенства (9) для всех λ > 0 и b1, b2, удовлетворяющих (12)
( |
x |
+ |
λ b |
1) ( |
y |
+ |
λ b |
2) − |
|
|
|
= |
λ |
( |
1 |
|
|
+ |
|
|
2 + |
λ b |
1 |
|
2) = |
|
|
A |
|
|
x A y |
|
b |
|
A y |
|
x A b |
|
|
A b |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
λ |
( |
|
|
2 − |
λ b |
1 |
|
|
|
2) |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x A b |
|
|
|
|
|
|
|
A b |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Аналогично |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(x + λ b1) ( |
y |
|
+ |
λ b |
2) = |
λ |
( |
|
1 |
|
|
|
+ |
λ b |
1 |
|
2) + x |
|||||||||||||||
|
B |
|
|
|
|
|
|
b |
|
B y |
|
|
B b |
|
B y. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В результате, для достаточно малых λ > 0 имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
x |
|
|
|
|
( |
x |
+ |
λ b |
1) |
|
( |
y |
+ |
|
λ b |
2) |
, |
|
|
||||||||||||
|
|
A y < |
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
( + |
λ b |
|
( + |
λ b |
2) |
. |
|
|
||||||||||||||||||||
|
x B y < |
|
x |
|
|
|
B y |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Далее для достаточно малых λ > 0 получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
i Mx |
(x + λ b1)i > 0, |
(x + λ b1)i = 1, |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i Mx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
j Ny(y + λ b2)j > 0, |
|
|
(y + λ b2)j = 1. |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
Ny |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(13)
(14)
Следовательно, смешанные стратегии x0 = (x+λ b1) X, y0 = (y +
в силу (13) удовлетворяют условию
K1(x, y) < K1(x0, y0),K2(x, y) < K2(x0, y0).
λ b2) Y
(15)
Таким образом, ситуация (x, y) не является оптимальной по Парето в игре Γ(A, B). При этом, мы предполагали, что исходная игра Γ(A, B) регулярна
и что матрицы |
|
невырождены и удовлетворяют условию (11). Однако |
|||||||||||||
|
|
|
|
A, B |
|
- матрицы размерности 1 × 1 |
|
|
|||||||
условие (11) не выполняется, если |
, |
то есть |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
A, B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¯ |
|
так как в условии (11) выражения |
||||||||
x, y - чистые стратегии в игре Γ(A, B), |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
являются вещественными числами, и, следовательно, |
||||||||||
u B−1 |
A, B A−1 uT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
существуют a1, |
a2 R такие, что выполняются равенства в условии (11). |
||||||||||||||
Если же |
|
|
- матрицы размерности |
n |
× |
n, |
где |
n |
2 |
, |
то почти все они |
||||
|
|
A, |
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
обратимы и удовлетворяют условию (11).
В самом деле, так как игра Γ(A, B) - регулярна, то система |Mx| векторов = (αij)j Ny , где i Mx имеет максимальный аффинный ранг в R|Mx|,
33
то есть для произвольного i0 Mx система |Mx| − 1 векторов (aNi y − aNi0y ),
i |
|
M |
x\i |
0 |
имеет линейный ранг, равный |Mx| − 1. Следовательно, матрица |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|||
невырождена. Отсюда следует, что матрица |
|
обратима. Аналогично можно |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
показать, что матрица |
обратима. Предположим теперь, что существует |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
˜ ˜ |
которая не удовлетворяет условию (11), то есть |
|
||||||||
пара матриц (A, B), |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
a1 |
|
R : x (aiNy )T = a1, i |
|
Mx, |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Mx |
y = a2 |
, |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
a2 |
R : bj |
j Ny. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зафиксируем произвольные i0 Mx, j0 Ny. Тогда для любых i Mx\{i0}
и j Ny\{j0} имеем |
x (aiNy )T = x (aiN0y )T , |
|||
|
Mx |
|
Mx |
|
|
bj |
y = bj0 |
y. |
|
|
|
|
|
|
Так как векторы x = (ξi, i Mx), y = (ηj, j Ny), то получаем равенство
x˜ (aNi y − aNi0y ) = 0,
i Mx\{i0}
в левой части которого представлена нетривиальная линейная комбинация векторов (aNi y − aNi0y ), i Mx\{i0}. Следовательно, система векторов (aNi y − aNi0y ), i Mx\{i0} линейно зависима, что противоречит условию регулярности биматричной игры Γ(A, B). Аналогичные рассуждения можно провести для доказательства второго условия в (11).
Пусть Ω - множество регулярных игр таких, что при I1 X1 и I2 X2 (|I1| = |I2| > 1) сужения функций H1, H2 на I1 × I2 являются невырожденными матрицами, удовлетворяющими условию (11). Тогда множество Ω открыто и всюду плотно. Его дополнение имеет меру, равную нулю. Таким образом, утверждение теоремы справедливо почти для всех биматричных игр Γ(A, B). Теорема 3 доказана.
34
Список литературы
[1]Теория игр : Учебное пособие для студ. ун-тов, обуч. по спец. "Математика"/ Л. А. Петросян, Н. А. Зенкевич, Е. А. Семина.— М. : Университет : Высш. шк., 1998.— 299 с.
[2]Введение в прикладную теорию игр / Г.Н. Дюбин, В.Г. Суздаль; под ред. Н.Н. Воробьева .— М. : Наука, 1981.— 336 с.
[3]Теория игр с примерами из математической экономики / Мулен Э.; пер. с франц.— М. : Мир, 1985.— 200 с.
[4]Теория игр / Оуэн Г.; пер. с англ.— М. : Мир, 1971.— 232 с.
[5]Математическая теория игр и приложения / Мазалов В. В. — СПб. : Лань, 2010.— 446 с.
[6]Теория игр / Петросян Л., Зенкевич Н., Шевкопляс Е.— СПб.: БХВПетербург, 2011.— 432 с.
35
2()&) #' !)"
C
"#$% -' ()"#*+ # , * $)# ( / !01 !
(,. ! ,#". 09.11.2012. * . ,#". . 3,9. 2+21 1030.
',#"2'2% * 4 ' ! 4 )4)%2 -&2+#'2 ! '), 4 25)) 1(2'# 3*+ -, )4 25)"#*+ 4 7#%' 2
%#8*+ 4 4 *0(2 *'!#%% 4 0%)!# *)'#'2. 394000, 4. %#8, 0 . 0G+)%*+2/, 3. # . +7 (473) 220-41-33