Operační výzkum. Teorie her cv. Hra v normálním tvaru. Optimální strategie. Maticové hry.



Podobné dokumenty
Operační výzkum. Teorie her. Řešení maticových her převodem na úlohu LP.

Operační výzkum. Teorie her. Hra v normálním tvaru. Optimální strategie. Maticové hry.

3. ANTAGONISTICKÉ HRY

ANTAGONISTICKE HRY 172

Teorie her a ekonomické rozhodování. 2. Maticové hry

Operační výzkum. Vícekriteriální programování. Lexikografická metoda. Metoda agregace účelových funkcí. Cílové programování.

Lineární algebra. Soustavy lineárních rovnic

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Základy lineárního programování VMAT, IMT 1 / 25

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Operační výzkum. Vícekriteriální hodnocení variant. Grafická metoda. Metoda váženého součtu.

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

0.1 Úvod do lineární algebry

Soustavy lineárních rovnic

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

{Q={1,2};S,T;u(s,t)} (3.3) Prorovnovážnéstrategie s,t vehřesnulovýmsoučtemmusíplatit:

14. přednáška. Přímka

Obsah. Lineární rovnice. Definice 7.9. a i x i = a 1 x a n x n = b,

Úvod do teorie her

Operační výzkum. Přiřazovací problém.

1 Vektorové prostory.

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Funkce a lineární funkce pro studijní obory

Úvod do lineární algebry

0.1 Úvod do lineární algebry

Nerovnice a nerovnice v součinovém nebo v podílovém tvaru

Matematická analýza III.

SOUSTAVY LINEÁRNÍCH ROVNIC

5. Lokální, vázané a globální extrémy

KOOPERATIVNI HRY DVOU HRA CˇU

Teorie her a ekonomické rozhodování. 3. Dvoumaticové hry (Bimaticové hry)

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

1 Řešení soustav lineárních rovnic

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

1 Determinanty a inverzní matice

Stručný úvod do teorie her. Michal Bulant

Extrémy funkce dvou proměnných

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

Funkce - pro třídu 1EB

příkladů do cvičení. V textu se objeví i pár detailů, které jsem nestihl (na které jsem zapomněl) a(b u) = (ab) u, u + ( u) = 0 = ( u) + u.

Soustavy lineárních rovnic

4.3. GONIOMETRICKÉ ROVNICE A NEROVNICE

Funkce pro studijní obory

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

Obecná úloha lineárního programování. Úloha LP a konvexní množiny Grafická metoda. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Základy matematiky pro FEK

TEORIE HER. Základní pojmy teorie her. buď racionální (usiluje o optimální výsledek hry) nebo indiferentní (výsledek hry je mu lhostejný)

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

KOMPLEXNÍ ČÍSLA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Teorie her. Kapitola Základní pojmy Základní pojmy

Nerovnice. Vypracovala: Ing. Stanislava Kaděrková

IB112 Základy matematiky

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Aplikovaná numerická matematika - ANM

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK V ROVINĚ

Operační výzkum. Síťová analýza. Metoda CPM.

Fakt. Každou soustavu n lineárních ODR řádů n i lze eliminací převést ekvivalentně na jednu lineární ODR

LINEÁRNÍ ROVNICE S ABSOLUTNÍ HODNOTOU

Odvození středové rovnice kružnice se středem S [m; n] a o poloměru r. Bod X ležící na kružnici má souřadnice [x; y].

b) Po etní ešení Všechny síly soustavy tedy p eložíme do po átku a p ipojíme p íslušné dvojice sil Všechny síly soustavy nahradíme složkami ve sm

1 Soustavy lineárních rovnic

Poznámka. V některých literaturách se pro označení vektoru také používá symbolu u.

Soustavy lineárních rovnic a determinanty

Funkce dvou a více proměnných

Soustavy. Terminologie. Dva pohledy na soustavu lin. rovnic. Definice: Necht A = (a i,j ) R m,n je matice, b R m,1 je jednosloupcová.

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

TGH13 - Teorie her I.

Matematika I, část I Vzájemná poloha lineárních útvarů v E 3

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Matematika 1 MA1. 2 Determinant. 3 Adjungovaná matice. 4 Cramerovo pravidlo. 11. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 29

Parametrické programování

Operační výzkum. Vícekriteriální hodnocení variant. Grafická metoda. Metoda váženého součtu cv.

1. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE DVOU PROMĚNNÝCH

1. července 2010

Digitální učební materiál

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

9. Soustava lineárních rovnic

4EK201 Matematické modelování. 2. Lineární programování

Dokažte Větu 2(Minimax) ze třetího dílu seriálu pro libovolnou hru s nulovým součtem, ve kterémákaždýhráčnavýběrprávězedvoustrategií.

13. cvičení z PSI ledna 2017

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

M - Kvadratické rovnice a kvadratické nerovnice

1/10. Kapitola 12: Soustavy lineárních algebraických rovnic

9 Kolmost vektorových podprostorů

2.6. Vlastní čísla a vlastní vektory matice

Definice 7.1 Nechť je dán pravděpodobnostní prostor (Ω, A, P). Zobrazení. nebo ekvivalentně

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

Lineární funkcí se nazývá každá funkce, která je daná rovnicí y = ax + b, kde a, b jsou reálná čísla.

Euklidovský prostor. Funkce dvou proměnných: základní pojmy, limita a spojitost.

Ekonomická formulace. Matematický model

Řešení 1b Máme najít body, v nichž má funkce (, ) vázané extrémy, případně vázané lokální extrémy s podmínkou (, )=0, je-li: (, )= +,

Jedná se o soustavy ve tvaru A X = B, kde A je daná matice typu m n,

Kapitola 11: Vektory a matice:

a počtem sloupců druhé matice. Spočítejme součin A.B. Označme matici A.B = M, pro její prvky platí:

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Teorie her a ekonomické rozhodování. 7. Hry s neúplnou informací

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Transkript:

Operační výzkum Teorie her cv. Hra v normálním tvaru. Optimální strategie. Maticové hry. Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Název projektu: Inovace magisterského studijního programu Fakulty ekonomiky a managementu Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.2.00/28.0326

Maticové hry řešené v oboru smíšených strategií V případech, kdy α < β, a tedy max i min j musíme MH řešit v oboru smíšených strategií. a ij < min j max a ij( ) i Definice: Smíšenou strategií 1. hráče P rozumíme m-tici x = (x 1,..., x m), kde x i 0 a m x i = 1. Smíšenou strategií 2. hráče P rozumíme n-tici y = (y 1,..., y n), kde y j 0 a n y j = 1. Poznámka: x i vyjadřuje pravděpodobnost, s jakou 1. hráč užívá i-tou čistou strategii A i, y j vyjadřuje pravděpodobnost, s jakou 2. hráč užívá j-tou čistou strategii B j. i=1 j=1

Maticové hry řešené v oboru smíšených strategií Nemá-li hra sedlový bod je pro oba hráče výhodné své jednotlivé (čisté) strategie rozumně střídat. P Výraz E( x, y) = m np a ijx iy j nazýváme střední cena hry (= očekávaná výhra i=1 j=1 1. hráče = očekávaná prohra 2. hráče). Definice: Smíšené strategie x 0, y 0, pro které platí rovnost max x min y E( x, y) = min y se nazývají optimální smíšené strategie. Cena hry pak je v = E( x 0, y 0). Základní věta teorie MH: max E( x, y) = E( x 0, y 0), x Každá maticová hra má řešení v oboru smíšených strategií. Poznámka: Existuje řada metod řešení MH. Vždy jde o to nalézt optimální smíšené strategie obou hráčů x 0, y 0 a cenu hry v = E( x 0, y 0).

Maticové hry typu 2 2 Předpokládejme, že MH daná platební maticí «a11 a 12 A = nemá sedlový bod. a 21 a 22 Hledáme tedy optimální smíšené strategie x 0 = (x 1, x 2), y 0 = (y 1, y 2), přičemž x 1 + x 2 = 1, y 1 + y 2 = 1; x 1, x 2, y 1, y 2 0. Pro tyto optimální smíšené strategie musí platit: a 11x 1 + a 21x 2 = v, a 11y 1 + a 12y 2 = v, a 12x 1 + a 22x 2 = v, a 21y 1 + a 22y 2 = v. Řešením této soustavy rovnic získáme neznámé x 1, x 2, y 1, y 2, v: x 1 = y 1 = a22 a21, x 2 = a a22 a12, y 2 = a a12 a11, a a11 a21, a v = det(a), a kde a = a 11 + a 22 a 12 a 21, det(a) = a 11a 22 a 12a 21.

Maticové hry typu 2 2 Př: Řešte MH s platební maticí A = Řešení: 4 2 1 3 «. Optimální strategie získáme dosazením do vzorců: a = a 11+a 22 a 12 a 21 = 4+3 1 2 = 4, det(a) = a 11a 22 a 12a 21 = 4.3 1.2 = 10, Tedy: x 1 = y 1 = a22 a21 a a22 a12 a = 3 1 4 = 3 2 4 x 0 = = 1 a12 a11, x2 = = 4 2 = 1 2 a 4 2, = 1 a11 a21, y2 = = 4 1 = 3 4 a 4 4, v = 10 4 = 5 2. 1 2, 1 «1, y 0 = 2 4, 3 «, v = 5 4 2.

Maticové hry typu 2 2 Př: Řešte MH s platební maticí A = 10 1 4 5 «. Řešení: Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: 9 x 0 = 20, 11 «3, y 0 = 20 10, 7 «, v = 23 10 10. Hra je nespravedlivá, zvýhodňuje hráče A.

Maticové hry typu 2 2 Př: Řešte MH s platební maticí A = 7 3 2 2 «. Řešení: Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: x 0 = (1, 0), y 0 = (0, 1), v = 3. Hra je nespravedlivá, zvýhodňuje hráče A. Poznámka: Při řešení předchozí MH bylo potřeba si uvědomit, že v platební matici exituje sedlový bod (α = β), čili řešení v čistých strategiích. Formální dosazení do vzorců by dalo špatné výsledky!

Princip dominování Rozměry platební matice je často možno při řešení MH zmenšovat na základě principu dominování. Definice: Řekneme, že vektor a = (a 1,..., a n) dominuje vektor b = (b1,..., b n), jestliže a i b i, i = 1,..., n. Mějme MH s platební maticí A = (a ij) m n. Jestliže i-tý řádek platební matice dominuje k-tý řádek, můžeme k-tý řádek vynechat s tím, že x k = 0 a dále řešíme hru se zmenšenou maticí, která má stejné řešení jako původní hra. Jestliže j-tý sloupec platební matice dominuje k-tý řádek, můžeme j-tý sloupec vynechat s tím, že y j = 0 a dále řešíme hru se zmenšenou maticí, která má stejné řešení jako původní hra.

Princip dominování 0 Př: Řešte MH s platební maticí A = @ 4 6 3 3 3 6 2 3 4 1 A. Řešení: 0 A = @ 4 6 3 3 3 6 2 3 4 1 A 3. sloupec dominuje 1. sloupec (y 3 = 0) 0 4 6 1 A = @ 3 3 A 3. řádek dominuje 2. řádek (x 2 = 0) 2 3 «4 6 A = 2 3 Nyní vyřešíme MH s platební matící A podle vzorců pro MH typu 2 2:

Maticové hry typu 2 2 Nyní vyřešíme MH s platební matící A podle vzorců pro MH typu 2 2: x 1 = x 1 = 1 3 x 2 = x 3 = 2 3, y 1 = y 1 = 3 5, y 2 = y 2 = 2 5, v = v = 0. Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: 1 x 0 = 3, 0, 2 «3, y 0 = 3 5, 2 «5, 0, v = 0. Hra je spravedlivá.

Maticové hry typu 2 n. Grafická metoda. Hry typu 2 n «a11 a 12... a 1n Předpokládejme, že MH daná platební maticí A = a 21 a 22... a 2n nemá sedlový bod. Hledáme tedy optimální smíšené strategie x 0 = (x 1, x 2), y 0 = (y 1, y 2,..., y n), přičemž x 1 + x 2 = 1, y 1 + y 2 + + y n = 1; x 1, x 2, y 1, y 2,..., y n 0. Uvažujme funkce M j(x 1) = a 1jx 1 + a 2jx 2 = (a 1j a 2j)x 1 + a 2j, j = 1,..., n. Znázorníme graficky části těchto přímek v intervalu x 1 0, 1. Použijeme principu minimaxu.

Maticové hry typu 2 n. Grafická metoda. Použijeme principu minimaxu. Cílem 2. hráče je minimalizovat výhru 1. hráče. Určíme proto funkci M(x 1) = min j M j(x 1). Cílem 1. hráče je vhodnou volbou hodnoty x 1 maximalizovat svoji výhru. Hledáme tedy hodnotu x 0 1 takovou, že Řešením hry je pak M(x 0 1 ) = max x 1 M(x 1). v = M(x 0 1 ), x 0 = (x 0 1, 1 x 0 1 ). V optimální smíšené strategii 2. hráče jsou nenulové hodnoty y k, y l, které odpovídají přímkám M k (x 1), M l (x 1) protínajícím se v bodě (x1 0, v). Hodnoty y k, y l určíme řešením MH s platební maticí (typu 2 2) «A a1k a = 1l. a 2k a 2l

Maticová hra typu 2 n. Grafická metoda. Př: Řešte MH s platební maticí A = 2 3 11 7 5 2 «. Řešení: α = 2, β = 5 sedlový bod neexistuje. MH budeme řešit graficky. Do grafu znázorníme přímky: M 1(x 1) = 2x 1 + 7x 2 = 5x 1 + 7, [0, 7], [1, 2], M 2(x 1) = 3x 1 + 5x 2 = 2x 1 + 5, [0, 5], [1, 3], M 3(x 1) = 11x 1 + 2x 2 = 9x 1 + 2, [0, 2], [1, 11].

Maticová hra typu 2 n. Grafická metoda. Obrázek: Grafické řešení MH

Maticová hra typu 2 n. Grafická metoda. Funkce M(x 1) je zřejmá z grafu. Maximum funkce M(x 1) nabývá v průsečíku přímek M 2 M 3. Proto y 1 = 0. Ostatní složky určíme řešením MH s platební maticí (2. a 3. sloupec): A = 3 11 5 2 «. Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: 3 x 0 = 11, 8 «, y 0 = 0, 9 11 11, 2 «, v = 49 11 11. Hra je nespravedlivá, zvýhodňuje hráče A.

Maticové hry typu m 2. Grafická metoda. Hry typu m 2 Řeší se analogicky jako hry typu 2 n, ale z pohledu 2. hráče. 0 1 a 11 a 12 a 21 a 22 Předpokládejme, že MH daná platební maticí A = B @ C.. A nemá sedlový bod. Hledáme tedy optimální smíšené strategie x 0 = (x 1, x 2,..., x m), y 0 = (y 1, y 2), přičemž x 1 + x 2 + + x m = 1, y 1 + y 2 = 1; x 1, x 2,..., x m, y 1, y 2 0. Uvažujme funkce a m1 a m2 N i(x 1) = a i1y 1 + a i2y 2 = (a i1 a i2)y 1 + a i2, i = 1,..., m. Znázorníme graficky části těchto přímek v intervalu y 1 0, 1. Použijeme principu maximinu.

Maticové hry typu m 2. Grafická metoda. Použijeme principu maximinu. Určí se funkce N(y 1) = max N i(y 1). i Cílem 2. hráče je vhodnou volbou hodnoty y 1 minimalizovat svou prohru (=maximalizovat svoji výhru). Hledáme tedy hodnotu y1 0 takovou, že Řešením hry je pak N(y 0 1 ) = min y 1 N(y 1). v = N(y 0 1 ), y 0 = (y 0 1, 1 y 0 1 ). V optimální smíšené strategii 1. hráče jsou nenulové hodnoty x k, x l, které odpovídají přímkám N k (y 1), N l (y 1) protínajícím se v bodě (y1 0, v). Hodnoty x k, x l určíme řešením MH s platební maticí (typu 2 2) «A ak1 a = l1. a k2 a l2

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. 0 Př: Řešte MH s platební maticí A = @ 2 1 1 5 0 1 1 A. Řešení: α = 1, β = 1 sedlový bod neexistuje. MH budeme řešit graficky. Do grafu znázorníme přímky: N 1(y 1) = 2y 1 + y 2 = 3y 1 + 1, [0, 1], [1, 2], N 2(y 1) = y 1 5y 2 = 4y 1 5, [0, 5], [1, 1], N 3(y 1) = y 2 = y 1 1, [0, 1], [1, 0].

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. Obrázek: Grafické řešení MH

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. Funkce N(y 1) je zřejmá z grafu. Maximum funkce N(y 1) nabývá v průsečíku přímek N 1 N 3. Proto x 2 = 0. Ostatní složky určíme řešením MH s platební maticí (1. a 3. řádek): «A 2 1 =. 0 1 Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: 1 x 0 = 4, 0, 3 «1, y 0 = 4 2, 1 «, v = 1 2 2. Hra je nespravedlivá, zvýhodňuje hráče B.

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. 0 Př: Řešte MH s platební maticí A = @ 1 4 3 3 5 1 1 A. Řešení: α = 3, β = 4 sedlový bod neexistuje. MH budeme řešíme graficky. Do grafu znázorníme přímky: N 1(y 1) = y 1 + 4y 2 = 3y 1 + 4, [0, 4], [1, 1], N 2(y 1) = 3y 1 + 3y 2 = 3, [0, 3], [1, 3], N 3(y 1) = 5y 1 + 1y 2 = 4y 1 + 1, [0, 1], [1, 5].

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. Obrázek: Grafické řešení MH

Maticová hra typu m 2. Grafická metoda. Funkce N(y 1) je zřejmá z grafu. Maximum funkce N(y 1) nabývá na úsečce mezi průsečíky přímek N 1 N 2 a N 2 N 3. Celá tato úsečka představuje nekonečně mnoho optimálních řešení. Proto x 2 = 1 (přímka N 2 je konstantní). Optimální strategie obou hráčů a cena hry jsou: x 0 = (0, 1, 0), y 0 = (y 1, 1 y 1), kde y 1 Hra je nespravedlivá, zvýhodňuje hráče A. fi 1 3, 1 fl, v = 3. 2