《第九章:合作博弈理论》.ppt
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1、1,东北财经大学 数量经济系 刘德海 ldhai,博弈论前沿专题(Advances in Game Theory),2,理论分析,实验检验,理性主义均衡分析传统博弈,演化主义均衡分析,机制设计理论、信息经济学,实验博弈,演化博弈,非合作博弈,合作博弈,不完全或不完美信息博弈,完全完美信息博弈,博弈论的理论体系:,经验主义,均衡,合作,信息,3,第八章 讨价还价和合作博弈理论,本章课程内容概述:第一节 讨价还价问题第二节 讨价还价问题的纳什解法第三节 讨价还价问题的K-S解法第四节 考虑讨价还价过程的Rubinstein轮流出价模型第五节 联盟博弈的核第六节 夏普利值,4,理论体系:传统博弈理论
2、根据参与者在行为互动过程中是否存在一个有约束力的协议,划分为合作博弈、非合作博弈。发展历史:(1)1944年冯诺依曼和摩根斯坦合著的博弈理论与经济行为(The Theory of Games and Economic Behavior)一书标志着对策论的出现;(2)50年代合作博弈理论(cooperative games theory)处于发展的鼎盛时期,纳什提出讨价还价理论的纳什谈判解,夏普利等人提出合作博弈的夏普利值(Shapley value)等概念;(3)经历60年代以后长期的冷落后,进入90年代合作博弈理论又成为理论研究的热点。,第八章 讨价还价和合作博弈理论,一代数学天才冯诺伊曼(
3、Neumann,John von),5,夏普利1923年生于Cambridge,Massachusetts,1953年获得普林斯顿大学数学博士学位,1981年开始任教加利福尼亚大学。1953年夏普利定义了联盟博弈解的概念,即著名的“夏普利值”。同年,夏普利还开创了随机博弈理论。在1969年,夏普利等人系统研究了非转移效用的联盟博弈问题,从而完善和发展了博弈论。如果说纳什均衡是非合作博弈中的核心概念的话,那么夏普利值是合作博弈(或联盟博弈)最重要的概念。夏普利是博弈论学术圈子里口碑最好的学者,个性友善且富有合作精神。在94年最具竞争力6位诺奖候选人中,除获得当年度诺贝尔经济学奖的三位经济学家海萨
4、尼、纳什和泽尔藤以外,还包括本年度诺贝尔经济学奖获得者奥曼和谢林,以及著名的合作博弈论专家劳埃德夏普利。根据诺贝尔经济学奖授奖的“平衡”规律,继非合作博弈领域授奖之后,合作博弈领域很可能成为博弈论中的下一个授奖领域。,资料夹 夏普利与合作博弈理论:,Lloyd Stowell Shapley,1923-,6,几个例子:市场交易和求职待遇、国际谈判“六方会谈”讨价还价问题的特点:(1)各方都面临共同的结果集合(即包含各种可能的谈判方案);(2)参与者在讨价还价过程中不会考虑那些比现状更糟糕的结果(即使谈判失败,也会维持现状而不会变得更差);(3)至少有一个讨价还价的结果是各方都有利可图的。讨价还
5、价问题的研究:Nash早在1950年即提出讨价还价问题的“纳什谈判解”(Nash Bargaining Solution)。这篇文章建立了一般问题模型,并给出公理化求解方法,为后面的公理化讨价还价理论的大量研究铺平了道路。值得注意的是,它是在纳什熟悉冯诺依曼和摩根斯坦工作之前写下的本科课程论文。John Nash,The Bargaining Problem,Econometrica,18(1950),155-162,第八章 讨价还价和合作博弈理论第一节 讨价还价问题,7,2003年首次六方会谈的顺利举行,其带来的启示。第一,无论国家间的矛盾和争端多么尖锐和复杂,都需要而且可以通过沟通和对话找
6、到彼此均能接受的解决办法,这是实现国家和地区安全的最佳途径。第二,建立互信是处理和解决争端的必由之路,为此有关国家应相互尊重、平等相待,不使用武力或以武力相威胁,不采取可能导致事态复杂化的言论和行动。第三,尽管各方的立场差距不小,但只要共同努力,耐心探讨,最终不难找到利益的交汇点。2005年9月19日第四轮六方会谈通过并发表了六方共同声明。美方承诺将与朝鲜和平共存,并采取步骤实现两国关系正常化;各方同意“在适当时候讨论向朝鲜提供轻水反应堆问题”。朝鲜承诺重返不扩散核武器条约,并回到国际原子能机构(IAEA)保障监督体制下。六方同意,根据“承诺对承诺、行动对行动”原则,分阶段落实上述共识。,资料
7、夹 朝鲜核问题的六方会谈,朝一核反应堆施工现场(2002年8月7日),8,国际铁矿石谈判每年一次,钢铁集团与铁矿石供应商对下一年铁矿石价格进行商定。中国已经取代日本,成为全球最大的钢铁生产国,同时也是全球最大的铁矿石进口国。国际垄断供应商为澳大利亚的必和必拓、力拓及巴西的淡水河谷3家矿业巨头。在2006年度价格谈判中(截至2007年3月的一年),巴西淡水河谷就绕过规则,与德国一家非谈判企业先确定价格,从而瓦解了钢铁企业的谈判阵线。中国曾试图施加自己的影响力,但其谈判策略过于强硬。最后,它接受了19%的价格涨幅。在2007年12月中国方面以宝钢集团、中钢集团和中国五矿集团为首与全球最大铁矿石生产
8、商巴西淡水河谷展开铁矿石价格谈判。一旦达成任何价格协议,无论是日本和欧洲的钢铁生产商,还是澳大利亚的铁矿石生产商,全球钢铁行业都会接受。,资料夹 国际铁矿石价格谈判,9,二人讨价还价问题(two-person bargaining problem)的定义1:一个二人讨价还价问题由三个要素构成:参与者1,2;可行的备选方案(feasible alternative),即结果集合S(其中包含谈判破裂d的情况);每个参与者i在结果集合S上定义的效用ui:SR,满足:(1)谈判破裂d带来的双方效用都是最低的,对于任意结果sS,u1(s)u1(d),u2(s)u2(d);(2)至少有一个谈判结果s带来的
9、效用,要大于谈判破裂d的效用,至少有一个sS,u1(s)u1(d),u2(s)u2(d)。我们将上述二人讨价还价问题记为:B(S,d;u1,u2)讨价还价问题的效用配置集(the set of utility allocation):对于每一个sS,参与者都获得一对效用值(u1(s),u2(s)),称为问题B的一个效用配置,其集合:U(B)(u1(s),u2(s):sS,第八章 讨价还价和合作博弈理论第一节 讨价还价问题,10,例1:基本情况描述:某个工程项目需要沙子1000吨,合格供货企业只有A,B两家,每吨沙子获利100元。企业A在其它业务上获利5万元,企业B在其它业务上获利为3万元。假设
10、企业风险中性(可以用利润最大化代替效用最大化),分析:(1)两家企业的可能供货量:s1s21000,s10,s20(2)效用函数:u1(s1,s2)100s150000,u2(s1,s2)100s230000(3)该问题结果集合(图1):S(s1,s2):s1s21000,s10,s20(4)该问题效用配置集(图2):U(B)(u1(s),u2(s):sS(100s150000,100s230000):s1s21000,s10,s20(5)规范化处理(图3):将谈判破裂点d作为原点,进行平移,第八章 讨价还价和合作博弈理论 第一节 讨价还价问题,11,第八章 讨价还价和合作博弈理论 第二节 讨
11、价还价问题纳什解法,讨价还价问题的解法:对于一个讨价还价问题B,在可行结果集S(B)中找出解集(B)的方法,有纳什解法、K-S解法、平均主义解法、效用主义解法、M-P解法等。即是切蛋糕的不同方法。讨价还价问题的效用配置集U(B)和可行结果集S(B)存在对应关系:U(B)(u1(s),u2(s):sS(见P9图1和图3)(1)思路:根据效用最大化原则在可行结果集中选择均衡解。问题归结为两个参与者之间的效用分配问题,回忆消费理论:,12,(1)消费者的预算空间(市场机会集)是在一定收入水平M的约束下,可以选择的消费集合(X,Y)。(2)无差异曲线(indifference curve):消费者得到
12、同样满足的两种商品不同组合的轨迹,是序数效用论的分析基础。(2)消费者效用最大的最优消费组合(X1,Y1):无差异曲线与可行消费集的外边界(预算约束线)的切点E。,资料夹 消费理论,预算线:Y=M/PyPx X/Py,13,第八章 讨价还价和合作博弈理论第二节 讨价还价问题纳什解法,讨价还价问题的纳什解法:不考虑具体讨价还价过程,现假定有一个裁判者操刀切蛋糕,其效用偏好(即反映了该问题的一种解法)在图形上表现为无差异曲线:u(s)u1(s)u2(s)双曲函数,边际替代率递减 该无差异曲线与效用配置集U(B)的切点N即为讨价还价问题的纳什解。定义2(讨价还价问题的纳什解法):对于任何二人讨价还价
13、问题 B(S,d;u1,u2),确定解集:N(B)s arg max u1(s)u1(d)u2(s)u2(d)(2)注意:u1(s)u1(d)u2(s)u2(d)是考虑到效用配置集不作规范化处理的一般情况。,0,U(B),u1(s),10万,u2(s),10万,14,第八章 讨价还价和合作博弈理论第二节 讨价还价问题纳什解法,P9例1的求解:代数求解:即下列优化问题:max s1,s2(100s1)(100s2)s.t.s1s21000,s10,s20几何求解:在效用配置图上,无差异曲线簇cu1(s)u2(s)与效用配置集U(B)的切点N,即:u1(s)u2(s)5万 则:sN(B)(500,
14、500),0,15,第八章 讨价还价和合作博弈理论第二节 讨价还价问题纳什解法,讨价还价问题的解法的基本要求(公理化体系):基本说明:(1)裁判者的效用N(B)(即分配方案)是定义在效用配置集U(B)上的连续函数。如果U(B)是实数空间R2的非空紧致子集,N(B)一定存在最大值,即讨价还价问题的解。(2)欧氏空间的紧致子集(nonempty compact subset)即有界闭集,其上的任何连续函数,一定会在该子集上取得最大值和最小值。(3)最大值和最小值不等于极大值和极小值。全局的局部的,16,第八章 讨价还价和合作博弈理论第二节 讨价还价问题纳什解法,讨价还价问题的解法的基本要求(公理化
15、体系):公理1:帕累托最优 讨价还价问题的解不会是严格劣势的结果。数学表述:对于任何讨价还价问题B(S,d;u1,u2),如果s,tS,ui(s)ui(t),i1,2,则t(B)讨论:(1)帕累托效率要求讨价还价解在可行结果集的外边界上取得;(2)帕累托效率表明,讨价还价问题中参与者仍是传统博弈的完全理性假设,因此不会选择那些“损人不利己”的非理性策略。完璧归赵的典故(3)根据讨价还价问题的定义(P8)“至少有一个谈判结果带来的效用,要大于谈判破裂的效用”,因此参与者永远不会选择谈判破裂点。现实中为什么存在谈判破裂的情况?,17,战国时代,赵惠文王获得稀世之宝和氏璧,秦昭王听到这个消息后,就派
16、人送信给赵王,希望以15座城来换取和氏璧。赵王明知秦国想巧取豪夺此璧,但慑于秦国强大,只好派蔺相如奉璧出使秦国。蔺相如到了秦国,将璧献给秦王,秦王大喜,将璧传给妃嫔和大臣观看。蔺相如见秦王无意割城,就走上前说:“璧上有点瑕疵,请让我指示给大王看。”秦王将璧递给蔺相如,蔺相如立即持璧跑至柱旁,怒道:“赵王知道大王喜爱此璧,故为此斋戒五天,才派我将璧奉给大王。但大王却傲慢无礼,将璧传给众人赏玩,并且没有提及以城易璧之事,故此将璧取回。大王若逼我献璧,我的头今天就和璧一起碰碎在柱子上!”说罢,便举璧视柱,好像想碰在柱上。秦王恐怕璧被碰碎,连忙道歉,并召人拿来地图。蔺相如知道秦王没有诚意,于是说:“大
17、王应该跟赵王一样,斋戒五天,并设九宾之礼,这样我才会献璧。”秦王只得勉强答应。蔺相如回到宾舍后,立即吩咐随从换上平民衣着,怀着和氏璧,连夜从小路跑回赵国。,资料夹 完璧归赵的典故,18,2002年1月8日,美国国防部向国会提交核态势评估报告,第一次将冷战后美国可能进行核攻击的对象明确为7个国家,中国首当其冲。如果发生台海战争等情况时,美国根据需要可能动用核武。2005-07-16,中国国防大学防务学院院长、现役少将朱成虎在外交部举办的外国记者会上宣称,如果美国攻击中国,中国可能会使用核弹还击。这个领土包括中国的军舰和飞机!如果美国介入台海冲突,中国做好准备将以核武摧毁数百个美国城市。周五包括美
18、国有线电视网以及华尔街日报等主流媒体进行转载。美国国务院周五指出,美国不是中国的威胁,美国期望与中国发展建设性关系,希望这名将领的讲话不代表中国政府。中国绝对不能和美国进行任何形式的常规战争,那是以己之短去击美国之长,最愚蠢的做法,所以一开战,就必须是全球毁灭的核战争,这样才能压制美国对中国的战争欲望。,资料夹朱成虎“发飙”事件,美国人抖了!,19,讨价还价理论模型假设双方的可行结果集S(B)和效用配置集U(B)是已知的,即可选策略和相应的收益是已知的。现实中需要通过谈判沟通来摸清对方底牌,一旦摸清了可能发现双方不存在妥协空间。谈判一方采取拖延战术,利用谈判争取时间。“嵌入”概念,资料夹现实中
19、为什么存在谈判破裂的情况?,1949年,毛泽东、周恩来、张治中在北平车站留影。张治中是 1949年国共北平和谈的国民党方面的代表,由于国民党当局拒签和谈协议,张治中看透了国民党毫无和谈诚意,决然留在北平,加入民革,中日东海油气争端示意图,20,第八章 讨价还价和合作博弈理论第二节 讨价还价问题纳什解法,公理2:不相关选择项的独立性(independence of irrelevant alternatives)(1)两个讨价还价问题BS(S,d;u1,u2)和BT(T,d;u1,u2)的谈判破裂点d相同,其中一个可行结果集T包含在另一个可行结果集S中,TS;并且问题BS的解集位于问题BT的可行
20、结果集中T,(BS)T,则两个讨价还价问题的解集相同,(BT)(BS)。(2)分析:根据帕累托效率的要求,由于问题BS的解集全部位于问题BT的可行结果集T中,因此BS的最优解问题与那些不在可行结果集T中的结果(即图中的白色月牙部分)无关,因此两个讨价还价问题解集相同。,(BT),21,资料夹举例:台海和谈 讨价还价问题的不相关选择项的独立性,假设现在台海和谈B开始,可行方案S(s1,s2,s3,s4),其中s1为谈判破裂点,大陆武力解决;s2为和谈僵持,保持不独不统状态;s3为双方坚持一个中国前提下,达成海峡两岸军事互信协定;s4为和平统一,共建繁荣和谐世界。最佳解集为s4和平统一。如果台独势
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