Φίλοι του Τ.Μ.Θ.

  • Μεγαλύτερο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Προκαθορισμένο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Μικρότερο μέγεθος γραμματοσειράς

ΑΡΧΗ

Η θεωρία παιγνίων και ο John Nash

E-mail Εκτύπωση PDF

ΜαθηματικάΣημαντικά θέματα

 

Nash

Written by Δ.Μ.

 

Η Θεωρία Παιγνίων (Game Theory) ένας αυτοδύναμος κλάδος των μαθηματικών, με ένα τεράστιο εύρος εφαρμογών σχεδόν στα πάντα στη καθημερινή μας ζωή. Το κύριο θέμα μελέτης του, είναι η μελέτη στρατηγικών που πρέπει να ακολουθηθούν για το ατομικό (κυρίως) καλό, αλλά και για το καλό της ομάδας πολλές φορές. Στόχος φυσικά η νίκη στο παιχνίδι (παίγνιο). Θα λέγαμε ότι πρόκειται για τη στρατηγική λήψης αποφάσεων μεταξύ μιας ομάδας ατόμων οι οποίοι ακολουθούν πάντα λογικά βήματα.

 

Η Θεωρία Παιγνίων (Game Theory) ένας αυτοδύναμος κλάδος των μαθηματικών, με ένα τεράστιο εύρος εφαρμογών σχεδόν στα πάντα στη καθημερινή μας ζωή. Το κύριο θέμα μελέτης του, είναι η μελέτη στρατηγικών που πρέπει να ακολουθηθούν για το ατομικό (κυρίως) καλό, αλλά και για το καλό της ομάδας πολλές φορές. Στόχος φυσικά η νίκη στο παιχνίδι (παίγνιο). Θα λέγαμε ότι πρόκειται για τη στρατηγική λήψης αποφάσεων μεταξύ μιας ομάδας ατόμων οι οποίοι ακολουθούν πάντα λογικά βήματα.

Η ομάδα αυτή ανταγωνίζεται με σκοπό το κάθε μέλος της να αποκτήσει το μεγαλύτερο όφελος-κέρδος. Οι αποφάσεις αυτές λαμβάνονται σε διάφορες καταστάσεις όπου τα άτομα (παίκτες) αλληλεπιδρούν βάσει των αποφάσεων που λαμβάνουν. Επομένως το παίγνιο αντιπροσωπεύει την κατάσταση κατά την οποία δύο ή περισσότερες οντότητες (οι παίκτες) επιλέγουν τρόπους με τους οποίους θα ενεργήσουν (οι αποφάσεις που θα λαμβάνουν), δημιουργώντας έτσι μεταξύ τους καταστάσεις αλληλεξάρτησης. Η θεωρία παιγνίων δεν αναφέρεται μόνο σε παιχνίδια του τζόγου, αλλά περιλαμβάνει από απλά προβλήματα της καθημερινής μας ζωής μέχρι σε θέματα βιολογίας, πολιτικής, κοινωνιολογίας, πληροφορικής, ψυχολογίας και πολλών άλλων επιστημών.

Το ξεκίνημα της θεωρίας παιγνίων στην ταινία Beautiful Mind (Ένας υπέροχος άνθρωπος)

 


&hl=en&hd=1">blob:https%3A//www.youtube.com/290459e7-75b6-4981-a62c-3e78b000c4e3

 

Η επίμαχη σκηνή: με την ξανθιά στην ταινία Beautiful Mind όπου του ήρθε η ιδέα στο Νας να περιγράψει μια καινούργια θεωρία

Στην ταινία Beautiful Mind ο προικισμένος φοιτητής του Πρίνστον βρίσκεται σε ένα μπαράκι μαζί με άλλους συμφοιτητές του πίνοντας και δουλεύοντας στο μυαλό του τις ιδέες του.  Κάποια στιγμή κάνει την εμφάνισή της μέσα στο μπαράκι μια γυναικεία παρέα από πέντε κοπέλες, μια εντυπωσιακή ξανθιά και τέσσερις μελαχρινές. Οι τέσσερις φίλοι γοητεύονται από την ξανθιά και προκαλούν ο ένας τον άλλο για το ποιος θα καταφέρει να την κατακτήσει. Όλοι καρφώνονται πάνω της. Όλοι θέλουν αυτή και μόνο αυτή. Αμέσως μαζεύεται η παρέα και οργανώνει με τί σειρά ο καθένας θα πλησιάσουν τη ξανθιά ύπαρξη. Παρατηρώντας καλύτερα βλέπουμε ότι έχουμε ένα κλασικό παίγνιο με παίκτες (οι άντρες-φοιτητές του Πρίνστον) και οι ενέργειες που θα επιλέξει να πράξει ο καθένας, να αποτελούν τις στρατηγικές του παιχνιδιού.

Αυτή η ιστορία, παρ? όλο που πλάστηκε στο μυαλό των σεναριογράφων της ταινίας και όχι του ίδιου του Νας, μας διδάσκει ότι το καλύτερο σύστημα δεν είναι πάντα αυτό στο οποίο καθένας αγωνίζεται για το ατομικό συμφέρον του.

Τη στιγμή αυτή ο ένας από τους φοιτητές διατυπώνει τη μέχρι τότε γνωστή θεωρία που υπήρχε (Adam Smith (1723-1790)): Κάθε παίκτης (άντρας) πρέπει να κινηθεί μεμονωμένα και ανεξάρτητα χωρίς να λάβει υπόψη τη κίνηση των υπολοίπων ή ισοδύναμα «σε ένα παίγνιο το καλύτερο για μια ομάδα είναι να κάνει ο καθένας το καλύτερο που μπορεί για εκείνον». Η θεωρία αυτή του μεγάλου αυτού οικονομολόγου πρότεινε, ότι θα ήταν καλύτερο για την ομάδα εάν όλοι οι άντρες πήγαιναν για την ξανθιά, έτσι οι πιθανότητες να τη κατακτήσουν ήταν οι περισσότερες δυνατές.

 

Η ανακάλυψη του Νας;

Ακούγοντας ο Νας τη θεωρία του Adam Smith ξαφνικά του ήρθε μια νέα ιδέα. Κατάλαβε πως η μέχρι τότε γνωστή θεωρία του Smith ήταν ελλιπής. Συγκεκριμένα στην ταινία ο Νας (μέσω του Ράσελ Κρόου) αναφέρει:

«Εάν προσπαθήσουμε όλοι να κατακτήσουμε την ξανθιά, θα ακυρώσουμε αμοιβαία τις προσπάθειές μας και κανένας μας δεν πρόκειται να την κατακτήσει. Στη συνέχεια, όταν θα συμβιβαστούμε με τις μελαχρινές, εκείνες θα μας απορρίψουν, γιατί καμιά γυναίκα δεν θέλει να αποτελεί τη δεύτερη επιλογή. Αλλά τι θα συμβεί αν κανένας δε πάει για την ξανθιά; Δε μπαίνει ο ένας στο δρόμο του άλλου και δεν προσβάλλουμε τα άλλα κορίτσια. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να κερδίσουμε. Μπορεί όχι τη ξανθιά, αλλά σίγουρα δε θα μείνει κανένας χωρίς κοπέλα. Και φυσικά αυξάνουμε τις πιθανότητες αν πάει ένας από εμάς στη ξανθιά να τη κατακτήσει (έχοντάς τη απομονώσει από τις φίλες της)».

Το ποιός θα πάει (το λεγόμενο «σημείο εστίασης» στη θεωρία Nash) επιλέγεται αυτός με τις μεγαλύτερες πιθανότητες νίκης. Έτσι λοιπόν έλαμψαν τα μάτια του Ράσελ Κρόου στη ταινία, καθώς ουσιαστικά στεκόταν απέναντι σε μια θεωρία αιώνων μέχρι εκείνη τη στιγμή. Με περίσσιο θάρρος την αμφισβητούσε όπως πράγματι είχε κάνει ο Τζον Νας πριν ακόμα η σχιζοφρένεια κάνει την εμφάνισή της στη ζωή του.

Έτσι ο Τζον Νας, τη δεκαετία του ?50, δημιούργησε ένα νέο μαθηματικό πεδίο που ονομάστηκε «θεωρία παιγνίων»: για να κατανοήσει πώς συμπεριφέρονται οι άνθρωποι σε διάφορες καταστάσεις. Έφτιαξε λοιπόν ένα απλοποιημένο σχήμα των σχέσεων και των ενεργειών τους και επεξεργάστηκε κάποιες εξισώσεις που τις περιέγραφαν. Το αποτέλεσμα δεν ήταν βέβαια ο μαθηματικός τύπος των ανθρώπινων σχέσεων, όμως αποδείχτηκε αρκετά σημαντικό ώστε να του χαρίσει το νόμπελ οικονομίας το 1994.

Το Θεώρημα Nash

Το θεώρημα που διατύπωσε ο Nash αναφέρει πως κάθε παίγνιο με πεπερασμένο πλήθος παικτών και ενεργειών έχει τουλάχιστον ένα σημείο ισορροπίας, σύμφωνα με το οποίο όλοι οι παίκτες σκέφτονται τι μπορεί να διαλέξει ο αντίπαλος τους, προσπαθούν να καταλάβουν τη συμπεριφορά των άλλων και επιλέγουν την στρατηγική τους σύμφωνα με αυτό. επιλέγουν τις πιο συμφέρουσες για αυτούς ενέργειες, γνωρίζοντας και τις επιλογές των αντιπάλων τους.

Αυτός ο συνδυασμός στρατηγικών αποτελεί τη λεγόμενη ισορροπία Nash. Ο παίκτης επιλέγει εκείνη από τις δικές του στρατηγικές, η οποία είναι η καλύτερη απάντηση στην στρατηγική που νομίζει ότι θα επιλέξει ο άλλος παίκτης, δεδομένου ότι κάθε πεποίθηση του εκάστοτε παίκτη για το τι θα πράξει ο άλλος είναι σωστή. Επομένως κανένας παίκτης δεν έχει κίνητρο να φύγει μονομερώς από αυτήν την ισορροπία που έχει δημιουργηθεί, καθώς οποιαδήποτε αλλαγή στις στρατηγικές από οποιονδήποτε από αυτούς, θα οδηγήσει σε χαμηλότερο κέρδος από αυτό που θα είχαν αν παρέμεναν στη σωστή στρατηγική. Δυστυχώς σχεδόν όλοι σκέφτονται μόνο το προσωπικό συμφέρον, με αποτέλεσμα να οδηγηθούν σε μη επιθυμητά αποτελέσματα.

Τζον φον Νόιμαν και θεωρία παιγνίων

«Αν παίζουν δύο, συμφέρει να μπλοφάρεις μόνο όταν έχεις τα χειρότερα χαρτιά, όχι όταν έχεις μέτρια».. Αυτός ο κανόνας αναφέρεται στο βιβλίο Theory of Games and Economic Behaviour (1944) του μαθηματικού Τζον φον Νόιμαν και του οικονομολόγου Όσκαρ Μόργκενστερν, που συγκαταλέγονται τους θεμελιωτές της θεωρίας παιγνίων.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μείνει μόνο δύο παίκτες. Ο μοναδικός τρόπος για να κερδίσω ενώ έχω τα χειρότερα χαρτιά είναι να μπλοφάρω. Αν περιμένω την κίνηση του αντίπαλου, θα χάσω, είτε αυτός ποντάρει είτε όχι.

Τον φον Νόιμαν τον ενδιέφερε το πόκερ μόνο ως σημείο αφετηρίας για μια θεωρία που θα εξηγούσε κάθε είδος ανθρώπινης σχέσης, από την οικονομία ως τις σχέσεις των ζευγαριών. «Η ζωή είναι γεμάτη μπλόφες», υποστήριζε, «γεμάτη μικρές τακτικές παραπλάνησης: αυτό αποκρυπτογραφούν τα παιχνίδια της θεωρίας μου». Στόχος ομολογουμένως πολύ φιλόδοξος, ακόμα και γι? αυτόν τον εκκεντρικό επιστήμονα που, όπως λέγεται, κατάφερνε να απομνημονεύσει μια σελίδα του τηλεφωνικού καταλόγου μέσα σε λίγα λεπτά.

Ωστόσο ο ίδιος έθεσε τη συνεργασία στους ακρογωνιαίους λίθους της θεωρίας του. Γνώριζε, πράγματι, ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η συνεργασία είναι επωφελής, όπως στην παραπάνω φανταστική σκηνή της ταινίας Ένας υπέροχος άνθρωπος.

Υπολογισμός της «ωφέλειας»

Στα παιχνίδια όπου μπορεί να καθοριστεί η «ωφέλεια» κάθε παίκτη μπορούν να βρεθούν πολύ συγκεκριμένες λύσεις. Ένα καλό παράδειγμα είναι η διαπραγμάτευση, την οποία μελέτησε ο Νας το 1950: δύο άτομα πρέπει να μοιραστούν ένα χρηματικό ποσό, ο ένας είναι πλούσιος ενώ ο άλλος όχι. Ενώ ο φτωχός, λόγω ανάγκης, θα ικανοποιηθεί ακόμα και με λίγα, ο πλούσιος, λόγω ισχύος, θα ευχαριστηθεί μόνο με πολλά χρήματα. Αυτό το μοντέλο οδηγεί σε ένα άνισο αποτέλεσμα. Στην περίπτωση που έλυσε ο Νας, αν το ποσό είναι 500 ευρώ, ο πλούσιος θα πάρει 310 ενώ ο φτωχός μόλις 190.

Ο Νας λαμβάνει υπόψη ένα θεμελιώδη παράγοντα: τα πράγματα, ακόμα και το χρήμα, έχουν διαφορετική αξία για κάθε άτομο και αυτό επηρεάζει το παιχνίδι.

Αυτό το συμπέρασμα μπορεί να μοιάζει κυνικό, όμως η ίδια θεωρία μπορεί να εκφράσει συναισθήματα αγάπης, αλτρουισμού και φιλανθρωπίας. Ένα παράδειγμα είναι το παρακάτω. Ένας πατέρας παίζει μουτζούρη με το μικρό γιο του και οι κανόνες είναι απλοί: χάνει όποιος μείνει στο τέλος με το μουτζούρη. Αν το παιδί με κάποιον τρόπο δώσει στο γονέα του να καταλάβει ποιό χαρτί είναι ο μουτζούρης, παρ? όλο που οι κανόνες προβλέπουν ότι χάνει αυτός που μένει με το μουτζούρη, ο πατέρας και πάλι θα το πάρει. Γιατί σε αυτή την περίπτωση η ωφέλειά του δεν είναι τόσο να νικήσει ο ίδιος όσο να δει το παιδί ευχαριστημένο. Ο αλτρουισμός των παικτών είναι ένα στοιχείο του παιχνιδιού και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη προκειμένου η θεωρία να περιγράψει, έστω και τμηματικά, τη ζωή.

Δημήτριος Μιχαηλίδης

Related Posts:

  1. Τι είναι η θεωρία παιγνίων
  2. Ισορροπία Nash - παίγνιο 2 παικτών - το δίλημμα του φυλακισμένου
  3. Το «Νόμπελ» Μαθηματικών στους Τζον Νας και Λιούις Νίρενμπεργκ
  4. Εναλλακτική Θεωρία της Σχετικότητας ετοίμαζε ο Τζον Νας

ΠΗΓΗ: http://physics4u.gr/blog / 22/07/2017

Τελευταία Ενημέρωση στις Τετάρτη, 18 Οκτώβριος 2017 23:27  

ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ

ΜΕΓΑΛΕΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΕΙΣ

1957

Τίθεται σε τροχιά ο Σπούτνικ, ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος της Γης.

Μαθητικο Συνεδριο Πληροφορικης

ΑΦΙΕΡΩΜΑ ΕΡΤ Συνεδρίο

This page require Adobe Flash 9.0 (or higher) plug in.

SPOT Τεχνικού Μουσείου

This page require Adobe Flash 9.0 (or higher) plug in.