Введение 2
1 Классическая кооперативная игра 4
1.1 Основные определения и понятия 4
1.2 N-ядро 5
1.3 а-N-ядро 8
2 Игра с разрешенной структурой 10
2.1 Ориентированный граф 10
2.2 Ограниченная игра 11
2.3 Пример программной реализации построения ограниченных
игр (N, г^) и (N, г^) 13
3 Дизъюнктивно-ограниченная игра (N, г„а) 19
3.1 Способ построения игры (N, г%а) 19
3.2 Пример программной реализации построения ограниченной
игры (N, г;.-.) 20
4 Алгоритм вычисления пред-Жядра 23
4.1 Свойства игры (N, va,D) 23
4.2 Существенные и возможные коалиции 25
4.3 Алгоритм 26
4.4 Пример программной реализации алгоритма вычисления а-
N-ядра 27
5 Заключение 33
Список литературы 34
6 Приложение 1 36
Ситуации, в которых игроки объединяются для получения большего выигрыша, могут быть представлены в виде кооперативной игры с транс- ферабельными полезностями (ТП-игры). Однако в реальной жизни не всегда существуют возможности для кооперации по следующим причинам:
• законодательные ограничения,
• ограничения на максимальное (минимальное) число участников в коалиции,
• ограничения, вызванные отсутствием коммуникаций между участниками процесса,
• ограничения, вызванные тем, что игроки должны получить разрешение своих руководителей, чтобы вступить в кооперацию.
Классическая кооперативная игра игнорирует данные причины, поэтому возникает необходимость использовать более сложные математические модели, такие как игры с разрешенной структурой.
Организационная структура многих предприятий имеет иерархию (руководители - подчиненные), которую можно представить в виде направленного графа, поэтому рассмотрение игр с разрешенной структурой и нахождения в них решений является актуальной задачей.
В данной работе рассматривается случай, когда игроки должны получить разрешение на кооперацию от других более сильных игроков. Другими словами, в игре присутствует иерархическая структура, представляемая в виде ориентированного графа на множестве игроков. В зависимости от ограничения на кооперативные возможности игроков рассматриваются два способа построения игры с разрешенной структурой: конъюнктивный и дизъюнктивный.
Решения классической кооперативной игры, такие как C-ядро, вектор Шепли [1] и а-Ж-ядро , а 2 [0,1], [3] имеют место и в играх с разрешенной структурой. Учитывая особенности построения игр заданного класса, будут существовать два решения — решение в конъюнктивном и дизъюнктивном подходах.
В магистерской диссертации в качестве решения игры с разрешенной структурой рассматривается а-Ж-ядро, а 2 [0,1], предложенное в работах [2], [4]. Данное решение было выбрано из-за его интересных свойств: оно учитывает как конструктивную, так и блокирующую силу коалиций в игре.
Целью настоящей работах является программная реализация алгоритма, позволяющего вычислять а-Ж-ядро, а 2 [0,1], в игре с разрешенной структурой для любого конечного числа игроков. Для этого необходимо решить следующие задачи:
1) изучить два способа построения игр с разрешенной структурой — конъюнктивный и дизъюнктивный;
2) программно реализовать построение ограниченных игр (Ж, rcv) и (Ж, r^);
3) предложить способ построения двойственной дизъюнктивно-ограниченной игры (Ж, r^-);
4) проверить выполнение свойств для игры с разрешенной структурой (Ж,уа , D);
5) программно реализовать построение кооперативной игры (Ж, ъ“), ограниченных игр (Ж, 2'.а) и (Ж, r„a);
6) изучить алгоритм построения пред-Ж-ядра в дизъюнктивно-ограниченной игре (Ж,rda), предложенный в работе [11];
7) программно реализовать алгоритм построения а-Ж-ядра, а 2 [0,1], в игре (Ж, r„);
8) проиллюстрировать полученные результаты на примере;
В работе представлена игра с разрешенной структурой (N, v, D), которая позволяет учитывать иерархию игроков и ограничения на коммуникативные способности участников кооперации. Также рассмотрено два подхода к построению таких игр: конъюнктивный и дизъюнктивный. В качестве решения игры с разрешенной структурой (N, v, D)выбран о a-N- ядро, a2 [0,1], из-за его интересных свойств: оно учитывает как конструктивную, так и блокирующую силу коалиций в игре.
В работе предложен метод построения двойственной игры с разрешенной структурой (N, v*, D). Также получена и доказана теорема о том, что два способа построения дизъюнктивно-ограниченной игры (N, г^а) эквивалентна!.
В ходе исследования было доказано, что игра с разрешенной структурой (N, va,D")удовлетворяет свойству слабой орграфной монотонности.
Для нахождения a-N-ядра, a 2 [0,1], в дизъюнктивно-ограниченной игре (N, rd) реализован алгоритм нахождения пред-Жядра игры (N, rda).
Также экспериментально найдены интервалы для а, на которых для игры с разрешенной структурой (N, va,D)выполняется свойство слабой орграфной вогнутости. Также вопрос вогнутости игры с разрешенной структурой (N, va,D)планируется рассмотреть при дальнейшем исследовании.
Результаты данной работы можно использовать для игры загрязнения рек.
[1] Shapley L. S. A value for n-person games // Contributions to the theory of games, II. — Princeton: Princeton Univ. Press, 1953. P. 307-317.
[2] Смирнова H. В., Тарашнина С. И. Об одном обобщении N-ядра в кооперативных играх // Дискретный анализ и исследование операций. 2011. Т. 18. №4. С. 77-93.
[3] Tarachnina S. The simplified modified nucleolus of a cooperative TU-game // TOP. 2011. V. 19 (1). P. 150-166.
[4] Смирнова H. В., Тарашнина С. И. Геометрические свойства [0,1]-N- ядра в кооперативных ТП-играх // Математическая теория игр и её приложения. 2012. >1. С. 55-73.
[5] Печерский С Л., Яновская Е. Б. Кооперативные игры: решения и аксиомы. СПб.: Европейский университет в Санкт-Петербурге, 2004. С. 460
[6] Maschler М., Peleg. В, and Shapley L. S. Geometric properties of the kernel, nucleolus and related solution concepts // Mathematics of operations research. 1979. V. 4. P. 303-338.
[7] Schmeidler D. The nucleolus of characteristic function game // SIAM J. Appl. Math. 1969. V. 17. P. 1163-1170.
[8] Kohlberg E. On the nucleolus of a characteristic function game // SIAM Journal on Applied Mathematics. 1971. V. 20. P. 62-66.
[9] Huberman G. The nucleolus and essential coalitions //In: Bensoussan A, Lions J (eds)Analysis and optimization of system. Lecture notes in control and information sciences. V. 28. Springer, Berlin, P. 416-422.
[10] Arin J., Innara E. A characterization of the nucleolus for convex games. // Games Econ Behav 23. P. 12-24.
[11] Van Den Brink R., Katsev L, Van Der Laan G. A polynomial tine algorithm for computing the nucleolus for a class of disjunctive games with permission structure. // Int J Game Theory 40. P. 591-616.
[12] Van Den Brink R. Games with a permission structure - A survey on generalization and applications. // TOP. 2017. V. 25. P. 1-33.
[13] Gilles P., Owen. G. // Cooperative games and disjunctive permission structures. // Department of economics.