Моделирование рисковых ситуации в экономике и бизнесе (стр. 6 из 29)

2.3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ В СМЕШАННЫХ СТРАТЕГИЯХ (ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ)

Решить игру - означает найти цену игры и оптимальные стратегии. Рассмотрение методов нахождения оптимальных смешанных стратегий для матричных игр начнем с простейшей игры, описываемой матрицей 2х2. Игры с седловой точкой специально рассматриваться не будут. Если получена седловая точка, то это означает, что имеются невыгодные стратегии, от которых следует отказываться. При отсутствии седловой точки можно получить две оптимальные смешанные стратегии. Как уже отмечалось, эти смешанные стратегии записываются так:

Значит, имеется платежная матрица

При этом

откуда получаем оптимальные значения

и

:

Зная

и

находим g:

Вычислив g, находим

и

:

Задача решена, так как найдены векторы

и цена игры g. Имея матрицу платежей А, можно решить задачу графически. При этом методе алгоритм решения весьма прост (рис. 2.1):

1. По оси абсцисс откладывается отрезок единичной длины.

2. По оси ординат откладываются выигрыши при стратегии А₁.

3. На линии, параллельной оси ординат, в точке 1 откладываются выигрыши при стратегии А₂.

4. Концы отрезков обозначаются для a₁₁ – b₁₁, a₁₂ – b₂₁, a₂₂ – b₂₂, a₂₁ – b₁₂ и проводятся две прямые линии b₁₁ b₁₂и b₂₁ b₂₂.

5. Определяется ордината точки пересечения с. Она равна g. Абсцисса точки с равна р₂ (р₁ = 1 – р₂).

Рис. 2.1. Оптимальная смешанная стратегия

Данный метод имеет достаточно широкую область приложения. Это основано на общем свойстве игр т´п, состоящем в том, что в любой игре т´п каждый игрок имеет оптимальную смешанную стратегию, в которой число чистых стратегий не больше, чем min(m,n). Из этого свойства можно получить известное следствие: в любой игре 2´п и т´2 каждая оптимальная стратегия

и содержит не более двух активных стратегий. Значит, любая игра 2´n и т´2 может быть сведена к игре 2´2. Следовательно, игры 2´т и т´2 можно решить графическим методом.

Если матрица конечной игры имеет размерность т´п, где т>2 и п>2, то для определения оптимальных смешанных стратегий, как будет показано в приложении, используется линейное программирование.

Рассмотрим некоторые практические задачи, в которых используются критерии игр для оценки наиболее эффективного поведения оперирующей стороны.

Задача 2.1. Выбрать оптимальный режим работы новой системы ЭВМ, состоящей из двух ЭВМ типов А₁ и А₂. Известны выигрыши от внедрения каждого типа ЭВМ в зависимости от внешних условий, если сравнить со старой системой.

При использовании ЭВМ .типов А₁ и А₂ в зависимости от характера решаемых задач В₁ и В₂ (долговременные и краткосрочные) будет разный эффект. Предполагается, что максимальный выигрыш соответствует наибольшему значению критерия эффекта от замены вычислительной техники старого поколения на ЭВМ А₁ и А₂.

Итак, дана матрица игры (табл. 2.4), где А₁, А₂ - стратегии руководителя; В₁, В₂ - стратегии, отражающие характер решаемых на ЭВМ задач.

Таблица 2.4

Требуется найти оптимальную смешанную стратегию руководителя и гарантированный средний результат g, т.е. определить, какую долю времени должны использоваться ЭВМ типов А₁ и А₂.

Решение. Запишем условия в принятых индексах:

а₁₁ = 0,3; а₁₂ = 0,8; а₂₁ = 0,7; а₂₂ = 0,4 .

Определим нижнюю и верхнюю цены игры:

a₁ = 0,3; a₂ = 0,4; a = 0,4;

b₁ = 0,7; b₂ = 0,8; b = 0,7.

Получаем игру без седловой точки, так как

Максиминная стратегия руководителя вычислительного центра – А₂.

Для этой стратегии гарантированный выигрыш равен a = 0,4 (40 %) по сравнению со старой системой.

Решение для определения g, р₁ и р₂ проведем графически (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Графическая интерпретация алгоритма решения

Алгоритм решения:

1. По оси абсцисс отложим отрезок единичной длины.

2. По оси ординат отложим выигрыши при стратегии А₁.

3. На вертикали в точке 1 отложим выигрыши при стратегии А₂.

4. Проводим прямую b₁₁ b₁₂, соединяющую точки а₁₁,a₂₁.

5. Проводим прямую b₂₁b₂₂, соединяющую точки а₁₂, а₂₂.

6. Определяем ординату точки пересечения с линий b₁₁b₁₂ и b₂₁b₂₂. Она равна g.

7. Определим абсциссу точки пересечения с. Она равна р₂, а р₁=1–р₂

Выпишем решение и представим оптимальную стратегию игры:

Вывод. При установке новой системы ЭВМ, если неизвестны условия решения задач заказчика, на работу ЭВМ А₁ должно приходиться 37,5 % времени, а на работу ЭВМ А₂ - 62,5 %. При этом выигрыш составит 55 % по сравнению с предыдущей системой ЭВМ.

2.4. МАЖОРИРОВАНИЕ (ДОМИНИРОВАНИЕ) СТРАТЕГИЙ

Мажорирование представляет отношение между стратегиями, наличие которого во многих практических случаях дает возможность сократить размеры исходной платежной матрицы игры. Рассмотрим это понятие на примере матрицы

Рассуждая с позиции игрока 2, можно обнаружить преимущество его третьей стратегии перед второй, поскольку при первой стратегии игрока 1 выигрыш игрока 2 равен —3 (вторая стратегия) и 1 (третья стратегия), а при второй стратегии игрока 1 выигрыш игрока 2 равен —2 (вторая стратегия) и - 0,5 (третья стратегия). Таким образом, при любой стратегии игрока 1 игроку 2 выгоднее применять свою третью стратегию по сравнению со второй; при наличии третьей стратегии игрок 2, если он стремится играть оптимально, никогда не будет использовать свою вторую стратегию, поэтому ее можно исключить из игры, т.е. в исходной платежной матрице можно вычеркнуть 2-й столбец:

С позиции игрока 1 его первая стратегия оказывается хуже второй, так как по первой стратегии он только проигрывает. Поэтому первую стратегию можно исключить, а матрицу игры преобразовать к виду:

(0 0,5).

Учитывая интересы игрока 2, следует оставить только его первую стратегию, поскольку, выбирая вторую стратегию, игрок 2 оказывается в проигрыше (0,5 - выигрыш игрока 1), и матрица игры принимает простейший вид: (0), т.е. имеется седловая точка.

Мажорирование можно распространить и на смешанные стратегии. Если элементы одной строки не все меньше (или равны) соответствующих элементов других строк, но все меньше (или равны) некоторых выпуклых линейных комбинаций соответствующих элементов других строк, то эту стратегию можно исключить, заменив ее смешанной стратегией с соответствующими частотами использования чистых стратегий.

В качестве иллюстрации к сказанному рассмотрим матрицу игры:

Для первых двух чистых стратегий игрока 1 возьмем частоты их применения (вероятности) равными 0,25 и 0,75.

Третья стратегия игрока 1 мажорируется линейной выпуклой комбинацией первой и второй чистых стратегий, взятых с частотами 0,25 и 0,75 соответственно, т.е. смешанной стратегией:

24*0,25 + 0*0,75 = 6 > 4;

0*0,25 + 8*0,75 = 6 > 5.

Поэтому третью стратегию игрока 1 можно исключить, используя вместо нее указанную выше смешанную стратегию.

Аналогично если каждый элемент некоторого столбца больше или равен некоторой выпуклой линейной комбинации соответствующих элементов некоторых других столбцов, то этот столбец можно исключить из рассмотрения (вычеркнуть из матрицы). Например, для матрицы