Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

Presentazione sul tema: "Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte"— Transcript della presentazione:

1 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Esempio 1 Bruce e Sheila decidono se andare all’opera oppure ad un incontro di wrestling. Sheila ottiene una utilità di 4 se andrà all’opera e di 1 se va a veder il wrestling. Bruce ottiene una utilità di 1 se andrà all’opera e di 4 se va a vedere il wrestling. I due decidono cosa fare nel modo seguente: Bruce e Sheila mettono entrambi un euro sulla guida televisiva in salotto (assumiamo che nessuno cerca di guardare come punta l’altro). Contano fino a 3 e simultaneamente svelano quale faccia dell’euro è su. Se le facce dell’euro sono uguali (entrambe testa (heads), o entrambe croce (tails)), Sheila decide dove andare, mentre se le monente mostrano due facce diverse decide Bruce. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

2 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Esempio 1 Sheila H ( q ) T ( 1–q ) Bruce H ( r ) 1 , 4 4 , 1 T ( 1–r ) Il payoff atteso di Bruce giocando Head è il seguente: EU1(H, (q, 1–q)) = q×1 + (1–q)×4 = 4–3q Il payoff atteso di Bruce giocando Tail è il seguente: EU1(T, (q, 1–q)) = q×4 + (1–q)×1 = 1+3q Bruce è indifferente fra giocare Head o Tail quando EU1(H, (q, 1–q)) = EU1(T, (q, 1–q)) 4–3q = 1+3q 6q = 3 Ciò dà un valore di q = 1/2 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

3 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Esempio 1 Sheila H ( q ) T ( 1–q ) Bruce H ( r ) 1 , 4 4 , 1 T ( 1–r ) Il payoff di Sheila giocando Head è il seguente: EU2(H, (r, 1–r)) = r ×4+(1–r)×1 = 3r + 1 Il payoff di Sheila giocando Tail è il seguente: EU2(T, (r, 1–r)) = r×1+(1–r)×4 = 4 – 3r Sheila è indifferente fra giocare Head o Tail quando EU2(H, (r, 1–r)) = EU2(T, (r, 1–r)) 3r + 1 = 4 – 3r 6r = 3 Ciò da un valore di r = ½ ( (1/2, 1/2), (1/2, 1/2) ) è un MNE. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

4 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Esempio 2 Player 2 L ( q ) R ( 1–q ) Player 1 T ( r ) 6 , 0 0 , 6 B ( 1–r ) 3 , 2 Il payoff atteso di Player 1 giocando T è: EU1(T, (q, 1–q)) = q×6 + (1–q)×0 = 6q Il payoff atteso di Player 1 giocando B è: EU1(B, (q, 1–q)) = q×3 + (1–q)×6 = 6-3q Player 1 è indifferente tra giocare T e B se EU1(T, (q, 1–q)) = EU1(B, (q, 1–q)) 6q = 6-3q 9q = 6 Ciò da un valore di q = 2/3 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

5 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Example 2 Player 2 L ( q ) R ( 1–q ) Player 1 T ( r ) 6 , 0 0 , 6 B ( 1–r ) 3 , 2 Il payoff atteso di Player 2 giocando L è: EU2(L, (r, 1–r)) = r ×0+(1–r)×2 =2- 2r Il payoff atteso di Player 2 giocando R è: EU2(R, (r, 1–r)) = r×6+(1–r)×0 = 6r Player 2 è indifferente tra giocare L e R quando EU2(L, (r, 1–r)) = EU2(R, (r, 1–r)) r = 6r 8r = 2 Ciò da un valore di r = ¼ ( (1/4, 3/4), (2/3, 1/3) ) è un MNE. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

6 Esempio 3: Il gioco di entrata nel mercato
Due imprese, Firm 1 e Firm 2, devono decidere simultaneamente se aprire un ristorante in un centro commerciale. Ognuna ha due strategie: Enter, Not Enter Se entrambe giocano “Not Enter”, guadagnano 0 profitti Se una gioca “Enter” e l’altra gioca “Not Enter” allora l’impresa che gioca “Enter” guadagna $500K Se entrambe giocano “Enter” allora entrambe perdono $100K perché la domanda è limitata Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

7 Esempio 3: Il gioco di entrata nel mercato
Firm 2 Enter ( q ) Not Enter ( 1–q ) Firm 1 Enter ( r ) -100 , -100 500 , 0 Not Enter ( 1–r ) 0 , 500 0 , 0 Quanti equilibri di Nash potete trovare? Due equilibri di Nash in strategie pure (Not Enter, Enter) e (Enter, Not Enter) Un equilibrio di Nash in strategie miste ((5/6, 1/6), (5/6, 1/6)) questo perchè r=5/6 e q=5/6 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

8 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Esempio 4 Player 2 L ( q ) R ( 1–q ) Player 1 T ( r ) 1 , 1 1 , 2 B ( 1–r ) 2 , 3 0 , 1 Quanti equilibri di Nash trovate? Due equilibri di Nash in strategie pure (B, L) e (T, R) Un equilibrio di Nash in strategie miste ((2/3, 1/3), (1/2, 1/2)) Questo perchè r=2/3 e q=1/2 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

9 Esempio: Roccia, carta e forbici
Ognuno dei due giocatori annuncia simultaneamente Roccia (R), o Carta (P), o Forbici (S). La carta batte la roccia La roccia batte le forbici Le forbici battono la carta Il giocatore che nomina l’oggetto vincente riceve $1 dall’avversario Se entrambi giocano lo stesso oggetto nessuno vince o perde Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

10 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock Paper Scissors Player 1 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Riuscite a trovare un equilibrio di Nash in strategie miste? Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

11 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Insieme dei giocatori: {Player 1, Player 2} Insiemi delle strategie: player 1: S1= { s11, s12, ..., s1J } player 2: S2= { s21, s22, ..., s2K } Funzioni di payoffs: player 1: u1(s1j, s2k) player 2: u2(s1j, s2k) per j = 1, 2, ..., J e k = 1, 2, ..., K Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

12 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Player 2 s21 (p21) s22 (p22) s2K (p2K) s11 (p11) u2(s11, s21) u1(s11, s21) u2(s11, s22) u1(s11, s22) u2(s11, s2K) u1(s11, s2K) s12 (p12) u2(s12, s21) u1(s12, s21) u2(s12, s22) u1(s12, s22) u2(s12, s2K) u1(s12, s2K) .... ...... s1J (p1J) u2(s1J, s21) u1(s1J, s21) u2(s1J, s22) u1(s1J, s22) u2(s1J, s2K) u1(s1J, s2K) Player 1 La strategia mista di Player 1: p1=(p11, p12, ..., p1J ) La strategia mista di Player 2: p2=(p21, p22, ..., p2K ) Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

13 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Payoffs attesi: 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure Il payoff atteso di Player 1 dalla strategia pura s11: EU1(s11, p2)=p21×u1(s11, s21)+p22×u1(s11, s22)+...+p2k×u1(s11, s2k)+...+p2K×u1(s11, s2K) Il payoff atteso di Player 1 dalla strategia pura s12: EU1(s12, p2)=p21×u1(s12, s21)+p22×u1(s12, s22)+...+p2k×u1(s12, s2k)+...+p2K×u1(s12, s2K) Il payoff atteso di Player 1 dalla strategia pura s1J: EU1(s1J, p2)=p21×u1(s1J, s21)+p22×u1(s1J, s22)+...+p2k×u1(s1J, s2k)+...+p2K×u1(s1J, s2K) Il payoff atteso di Player 1 dalla strategia mista p1: v1(p1, p2)=p11EU1(s11, p2)+p12EU1(s12, p2)+...+p1jEU1(s1j, p2) p1JEU1(s1J, p2) Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

14 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte
Payoffs attesi : 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure Il payoff atteso di Player 2 dalla strategia pura s21: EU2(s21, p1)=p11×u2(s11, s21)+p12×u2(s12, s21)+...+p1j×u2(s1j, s21)+...+p1J×u2(s1J, s21) Il payoff atteso di Player 2 dalla strategia pura s22: EU2(s22, p1)=p11×u2(s11, s22)+p12×u2(s12, s22)+...+p1j×u2(s1j, s22)+...+p1J×u2(s1J, s22) Il payoff atteso di Player 1 dalla strategia pura s2K: EU2(s2K, p1)=p11×u2(s11, s2K)+p12×u2(s12, s2K)+...+p1j×u2(s1j, s2K)+...+p1J×u2(s1J, s2K) Il payoff atteso di Player 2 dalla strategia mista p2: v2(p1, p2)=p21EU2(s21, p1)+p22EU2(s22, p1) +...+p2kEU2(s2k, p1) p2KEU2(s2K, p1) Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

15 MNE: 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Una coppia di strategie miste (p1*, p2*), dove p1*=(p11*, p12*, ..., p1J* ) p2*=(p21*, p22*, ..., p2K* ) è un MNE se la strategia mista p1* del giocatore 1 è una risposta ottima alla strategia mista del giocatore 2 p2*, e p2* è una risposta ottima a p1*. Oppure, v1(p1*, p2*) v1(p1, p2*), per tutte le strategie miste del giocatore 1 p1, e v2(p1*, p2*)  v2(p1*, p2), per tutte le strategie miste del giocatore 2 p2. Ciò significa, data la strategia mista del giocatore 2 p2*, il giocatore 1 non può migliorare deviando da p1*. Data la strategia mista del giocatore 1 p1*, il giocatore 2 non può fare di meglio deviando da p2*. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

16 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Teorema 3 (proprietà del MNE) Una coppia di strategie miste (p1*, p2*), dove p1*=(p11*, p12*, ..., p1J* ) p2*=(p21*, p22*, ..., p2K* ) è un MNE se e solo se v1(p1*, p2*)  EU1(s1j, p2*), per j = 1, 2, ..., J e v2(p1*, p2*)  EU2(s2k, p1*), per k= 1, 2, ..., K Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

17 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Teorema 4: Una coppia di strategie miste (p1*, p2*), dove p1*=(p11*, p12*, ..., p1J* ) p2*=(p21*, p22*, ..., p2K* ) è un MNE se e solo se soddisfa le seguenti condizioni: player 1: per ogni m e n, se p1m*>0 e p1n*>0 allora EU1(s1m, p2*) = EU1(s1n, p2*); se p1m*>0 e p1n*=0 allora EU1(s1m, p2*)  EU1(s1n, p2*) player 2: per ogni i e k, se p2i*>0 e p2k*>0 allora EU2(s2i, p1*) = EU2(s2k, p1*); se p2i*>0 e p2k*=0 allora EU2(s2i, p1*)  EU2(s2k, p1*) Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

18 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Cosa ci dice il Teorema 4? Una coppia di strategie miste (p1*, p2*), dove p1*=(p11*, p12*, ..., p1J* ), p2*=(p21*, p22*, ..., p2K* ) è un MNE se e solo se soddisfa le seguenti condizioni: Data la strategia mista del giocatore 2 p2*, il payoff atteso del giocatore 1 da ogni strategia pura al quale egli assegna una probabilità positiva di realizzo è la stessa, e il payoff atteso dal giocatore 1 di ogni strategia pura alla quale assegna una probabilità positiva è non inferiore del payoff atteso di ogni strategia pura alla quale assegna zero probabilità. Data la strategia mista del giocatore 1 p1*, il payoff atteso del giocatore 2 da ogni strategia pura al quale egli assegna una probabilità positiva di realizzo è la stessa, e il payoff atteso dal giocatore 2 di ogni strategia pura alla quale assegna una probabilità positiva è non inferiore del payoff atteso di ogni strategia pura alla quale assegna zero probabilità. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

19 2-giocatori ognuno con un numero finito di strategie pure
Il Teorema 4 implica che abbiamo un MNE nella situazione seguente: Data la strategia mista del giocatore 2, Il giocatore 1 è indifferente tra le sue strategie pure alle quali assegna probabilità positiva. Il payoff atteso di ogni strategia pura che ha probabilità positiva è non inferiore del payoff atteso di ogni strategia pura alla quale il giocatore 1 assegna probabilità nulla. Data la strategia mista del giocatore 1, Il giocatore 2 è indifferente tra le sue strategie pure alle quali assegna probabilità positiva. Il payoff atteso di ogni strategia pura che ha probabilità positiva è non inferiore del payoff atteso di ogni strategia pura alla quale il giocatore 2 assegna probabilità nulla. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

20 Teorema 4: esempio dimostrativo
Player 2 L (0) C (1/3) R (2/3) Player 1 T (3/4) 0 , 2 3 , 3 1 , 1 M (0) 4 , 0 0 , 4 2 , 3 B (1/4) 3 , 4 5 , 1 0 , 7 Controllare se ((3/4, 0, 1/4), (0, 1/3, 2/3)) è un MNE Player 1: EU1(T, p2) = 00+3(1/3)+1(2/3)=5/3, EU1(M, p2) = 40+0(1/3)+2(2/3)=4/3 EU1(B, p2) = 30+5(1/3)+0(2/3)=5/3. Quindi, EU1(T, p2) = EU1(B, p2) > EU1(M, p2) Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

21 Teorema 4: esempio dimostrativo
Player 2 L (0) C (1/3) R (2/3) Player 1 T (3/4) 0 , 2 3 , 3 1 , 1 M (0) 4 , 0 0 , 4 2 , 3 B (1/4) 3 , 4 5 , 1 0 , 7 Player 2: EU2(L, p1)=2(3/4) + 00 + 4(1/4)=5/2, EU2(C, p1)=3(3/4) + 40 + 1(1/4)=5/2, EU2(R, p1)=1(3/4) + 30 + 7(1/4)=5/2. Quindi, EU2(C, p1)=EU2(R, p1)EU2(L, p1) Allora, ((3/4, 0, 1/4), (0, 1/3, 2/3)) dato il Teorema 4 è un MNE. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

22 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Controllate che esista un MNE in cui p11>0, p12>0, p13>0, p21>0, p22>0, p23>0. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

23 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Se ogni giocatore assegna una probabilità positiva ad ognuna delle sue strategie miste allora,per il Teorema 4, ogni giocatore è indifferente tra le sue tre strategie pure. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

24 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Il giocatore 1 è indifferente fra le sue 3 strategie: EU1(Rock, p2) = 0p21+(-1) p22+1 p23 EU1(Paper, p2) = 1 p21+0 p22+(-1) p23 EU1(Scissors, p2) = (-1) p21+1 p22+0 p23 EU1(Rock, p2)= EU1(Paper, p2)= EU1(Scissors, p2) Avendo che p21+ p22+ p23=1, abbiamo tre equazioni e tre incognite. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

25 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) 0p21+(-1) p22+1 p23= 1 p21+0 p22+(-1) p23 0p21+(-1) p22+1 p23 = (-1) p21+1 p22+0 p23 p21+ p22+ p23=1 La soluzione è p21= p22= p23=1/3 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

26 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Il giocatore 2 è indifferente fra le tre strategie: EU2(Rock, p1)=0p11+(-1) p12+1 p13 EU2(Paper, p1)=1 p11+0 p12+(-1) p13 EU2(Scissors, p1)=(-1) p11+1 p12+0 p13 EU2(Rock, p1)= EU2(Paper, p1)=EU2(Scissors, p1) Insieme con p11+ p12+ p13=1, abbiamo tre equazioni e tre incognite. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

27 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) 0p11+(-1) p12+1 p13=1 p11+0 p12+(-1) p13 0p11+(-1) p12+1 p13=(-1) p11+1 p12+0 p13 p11+ p12+ p13=1 La soluzione è p11= p12= p13=1/3 Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

28 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (1/3) Paper (1/3) Scissors (1/3) Player 1 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Player 1: EU1(Rock, p2) = 0(1/3)+(-1)(1/3)+1(1/3)=0 EU1(Paper, p2) = 1(1/3)+0(1/3)+(-1)(1/3)=0 EU1(Scissors, p2) = (-1)(1/3)+1(1/3)+0(1/3)=0 Player 2: EU2(Rock, p1)=0(1/3)+(-1)(1/3)+1(1/3)=0 EU2(Paper, p1)=1(1/3)+0(1/3)+(-1)(1/3)=0 EU2(Scissors, p1)=(-1)(1/3)+1(1/3)+0(1/3)=0 Quindi, (p1=(1/3, 1/3, 1/3), p2=(1/3, 1/3, 1/3)) dato il teorema 4 è un MNE. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

29 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Controllare se esiste un MNE nel quale p11, p12, p13 è positivo, e almeno due fra p21, p22, p23 sono positivi. La risposta è No. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

30 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Controllare se esiste un MNE dove due fra p11, p12, p13 sono positivi, e almeno due fra p21, p22, p23 sono positivi. La risposta è No. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte

31 Esempio: Roccia, carta e forbici
Player 2 Rock (p21) Paper (p22) Scissors (p23) Player 1 Rock (p11) 0 , 0 -1 , 1 1 , -1 Paper (p12) Scissors (p13) Quindi, (p1=(1/3, 1/3, 1/3), p2=(1/3, 1/3, 1/3)) dato il Teorema 4 è l’unico equilibrio di Nash. Teoria dei giochi - D'Orio - prima parte