Сведение задач теории игр к задачам линейного программирования.
Рассмотрим игру m n, определяемую матрицей
А=(aij)=
Для оптимальной стратегии первого игрока
U*=(u1*,u2*, ...um*)
и цены игры v выполняется неравенство
(j=1...n).
Предположим для определенности, что v > 0.
Это всегда может быть достигнуто благодаря тому, что прибавление ко всем элементам матрицы А одного и того же числа С не приводит к изменению оптимальных стратегий, а только увеличивает цену игры на С.
Р азделив обе части последнего неравенства на v, получим
(j=1...n).
Положим ui*/v=yi*, тогда
(j=1...n);
(i=1...m).
Используя введенное обозначение, перепишем условие
= 1 в виде = 1/v.
Так как первый игрок стремится получить максимальный выигрыш, то он должен обеспечить минимум величине 1/v.
С учетом этого, определение оптимальной стратегии первого игрока сводится к нахождению минимального
значения функции
F*=
при условиях
(j=1...n);
(i=1...m).
Аналогичные рассуждения показывают, что определение оптимальной стратегии второго игрока сводится к нахождению
максимального значения функции
F= при условиях
(i=1...m);
xi0 (j=1...n).
Здесь xj=zj/v.
Таким образом, чтобы найти решение данной игры, определяемой матрицей А, нужно составить пару двойственных задач и найти их решение.
П рямая задача: найти максимальное значение функции
F = при условиях
(i=1...m);
xi0 (j=1...n).
Д войственная задача: найти минимальное значение функции
F* = при условиях
(j=1...n);
yi 0 (i=1...m).
Используя решение пары двойственных задач, получаем формулы для определения стратегий и цены игры:
u*j = = vy*I , z*j = = vx*j
v = = (i=1...m; j =1...n).
Итак, процесс нахождения решения игры с использованием методов линейного программирования включает следующие этапы:
1. Составляют пару двойственных задач линейного программирования, эквивалентных матричной игре.
2. Определяют оптимальные планы пары двойственных задач.
3. Используя соотношение между планами пары двойственных задач и оптимальными стратегиями и ценой игры, находят решение игры.
П р и м е р 1. Найти решение игры, заданной матрицей
4 |
3 |
4 |
2 |
3 |
4 |
6 |
5 |
2 |
5 |
1 |
3 |
Р е ш е н и е. Запишем две системы ограничений, соответствующие задачам отыскания оптимальной стратегии игроков А и В.
Для игрока А:
Для игрока В:
Введем замены: ti=xi/v, uj=yj/v.
Для определения оптимальной стратегии игрока А имеем следующую ЗЛП:
найти
min Z=t1+t2+t3
при ограничениях
Двойственная задача для определения оптимальной стратегии игрока В формулируется так:
найти max W=u1+u2+u3+u4
при ограничениях
Рассмотрим решение двойственной задачи. Предварительно, с помощью неотрицательных переменных u5, u6 и u7 преобразуем неравенства в уравнения.
Первоначальный базис образуют единичные векторы
А5, А6 и А7.
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
N |
Базис |
Сб |
A0 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
1 |
A5 |
0 |
1 |
4 |
3 |
4 |
2 |
1 |
0 |
0 |
2 |
A6 |
0 |
1 |
3 |
4 |
6 |
5 |
0 |
1 |
0 |
3 |
A7 |
0 |
1 |
2 |
5 |
1 |
3 |
0 |
0 |
1 |
|
Wj-Cj |
|
0 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
N |
Базис |
Сб |
A0 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
1 |
A1 |
1 |
1/4 |
1 |
3/4 |
1 |
1/2 |
1/4 |
0 |
0 |
2 |
A6 |
0 |
1/4 |
0 |
7/4 |
3 |
7/2 |
-3/4 |
1 |
0 |
3 |
A7 |
0 |
1/2 |
0 |
7/2 |
-1 |
2 |
-1/2 |
0 |
1 |
|
Wj-Cj |
|
1/4 |
0 |
-1/4 |
0 |
-1/2 |
-1/4 |
0 |
0 |
На третьей итерации получаем оптимальный план задачи
|
|
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
N |
Базис |
Сб |
A0 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
1 |
A1 |
1 |
3/14 |
1 |
1/2 |
4/7 |
0 |
5/14 |
-1/7 |
0 |
2 |
A4 |
1 |
1/14 |
0 |
1/2 |
6/7 |
1 |
-3/14 |
2/7 |
0 |
3 |
A7 |
0 |
5/14 |
0 |
5/2 |
-19/7 |
0 |
-1/14 |
-4/7 |
1 |
|
Wj-Cj |
|
2/7 |
0 |
0 |
3/7 |
0 |
0 |
1/7 |
0 |
Он имеет вид:
U=(3/14;0;0;1/14), maxW=1/v=2/7, v =7/2.
Учитывая соотношения между uj и yj, получаем, используя последней итерации, находящиеся в столбцах А5, А6 и А7: t1=1/7+0=1/7, t2=1/7+0=1/7, t3=0+0=0.
Таким образом, Т=(1/7; 1/7; 0), следовательно, X=(1/2; 1/2; 0).