4.4. Матричные игры с нулевой суммой

Теория игр занимается разработкой различного рода рекомендаций по принятию решений в условиях конфликтной ситуации. Формализуя конфликтные ситуации, их можно представить как игру двух, трех и более игроков, каждый из которых преследует цель максимизации прибыли за счет других игроков.

Определение 1: Теория игр – это раздел математики, занимающийся выработкой оптимальных правил поведения для каждой стороны, участвующей в конфликтной ситуации.

Определение 2: Совокупность правил, однозначно определяющих последовательность действий стороны в конкретной конфликтной ситуации, есть стратегия.

Определение 3: Под игрой понимается совокупность предварительно оговоренных правил и условий.

Определение 4: Частичная возможная реализация правил игры называется партия.

Если n партнеров (игроков) участвуют в данной игре, то основной вопрос теории игр заключается в следующем: как должен вести себя j-ый партнер для достижения наиболее благоприятного для себя исхода?

В конце партии каждый игрок получает сумму (), которую будем называть выигрышем. При этом подразумевается, что каждый игрок пытается свой выигрыш максимизировать. Числа() могут быть положительными, отрицательными и равными 0. Если выигрыш – число положительное, то игрок выиграл партию. Если выигрыш – отрицательный, то проиграл. Если выигрыш равен 0 – ничья.

В большинстве случаев мы будем иметь дело с играми с нулевой суммой, т.е. . В этих играх сумма выигрыша переходит от одного игрока к другому, не поступая из дополнительных источников.

Определение 5: Игры, в которых участвуют два игрока, называются парными, а с большим числом игроков – множественными.

Определение 6: Принятие игроком того или иного решения в процессе игры и его реализация называется ходом.

Ходы могут быть личные (ход выбран сознательно) и случайные (ход выбран на основании метода случайного выбора).

В зависимости от количества стратегий игры делятся на конечные и бесконечные. В конечной игре каждый игрок имеет конечное число стратегий, в бесконечной – бесконечное.

В зависимости от взаимоотношений игроков игры делятся на кооперативные, коалиционные и бескоалиционные. Если игроки не имеют право вступать ни в какие соглашения, то игра будет бескоалиционная. Если же они имеют право вступать в коалиции – коалиционные. Кооперативная игра – это игра, в которой заранее определены все коалиции.

В зависимости от функции выигрыша игры делятся на матричные, непрерывные, выпуклые и т.д. Мы будем рассматривать матричные игры.

Пример 1: Игра "орел – решка". Играют два игрока. Каждый игрок выбирает одну из сторон монеты: орел или решку. По очереди они бросают монету. Выигрывает тот, кто угадал выпавшую сторону монеты.

Пример 2: Игра "в три пальца". Играют два игрока. Оба игрока одновременно и независимо друг от друга показывают один, два или три пальца. Если общее количество пальцев число четное, то эту сумму выигрывает первый игрок, если нечетное, то ее выигрывает второй игрок.

В общем случае матричная игра задается прямоугольной матрицей размером mn. Номер i-ой строки соответствует номеру стратегии , применяемой первым игроком. Номерj-ого столбца соответствует стратегии , применяемой вторым игроком. Описанная игра однозначно определяется матрицей:

.

Каждый элемент матрицы является действительным числом и представляет собой сумму выигрыша, уплачиваемую вторым игроком первому, если первый игрок выбирает строку, соответствующуюi-той строке, а второй игрок – j-тому столбцу.

Матричную игру часто записывают в развернутой форме в виде таблицы, которую называют платежной матрицей:

		…		…
		…		…
	…	…	…	…	…
		…		…
	…	…	…	…	…
		…		…

Каждый игрок выбирает для себя наиболее выгодную стратегию. При этом первый игрок стремится выигрыш максимизировать, а второй – минимизировать проигрыш. В связи с этим вводятся понятия нижней и верхней цены игры.

Определение 7: Нижней чистой ценой игры (максимином) называется число α, определяемое по формуле:

.

Определение 8: Верхней чистой ценой игры (минимаксом) называется число β, определяемое по формуле:

.

Определение 9: Стратегии игроков, соответствующие максимину (минимаксу), называются максиминными (минимаксными).

Пример 3: Найти максиминную и минимаксную стратегии игроков в матричной игре:

Решение.

	2	-3	4	5	-3
	3	7	8	4	3
	5	1	3	7	1
	4	6	2	9	2
	5	7	8	9	3 5