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ゲーム理論の問題

難易度 1教科書の例題レベル大学数学 ゲーム理論

人の職人 が共同で作品を作って売ることを考える。参加する職人の集合(提携) が得られる利益を (単位:万円)とし、プレイヤー集合 の提携形ゲーム(特性関数形ゲーム) が次で与えられているとする。


このゲームにおける職人 のシャープレイ値 を求めよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(5 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 樹形図で数え上げる
  2. 積の法則と和の法則
  3. 和の法則・積の法則と樹形図
  4. 順列・円順列・重複順列
  5. シャープレイ値

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

シャープレイ値の定義を使う。3 人の並び順 通りそれぞれで、職人 が加わったときに利益がいくら増えるか(限界貢献)を調べ、平均をとる。

ヒント 2

職人 より前にいる人の集合を とすると、限界貢献は 。 は のどれかになり、 と はそれぞれ 2 通りの並び順で現れる。

ヒント 3

限界貢献は のとき 、 のとき 、 のとき 、 のとき 。これを並び順の数で重みをつけて平均する。

答えと解説

答えを見る
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解説を読む

シャープレイ値は、 人が 人ずつ順に加わっていく並び順 通りすべてについて、職人 が加わったときの限界貢献 ( は職人 より前にいる人の集合)を求め、その平均をとったものである。

各並び順での職人 の限界貢献は次のとおり。
- : なので
- : なので
- : なので
- : なので
- : なので
- : なので

これらの平均をとると

(公式で計算しても同じである:。)

参考までに同様に計算すると となり、 が成り立っていることも確かめられる。

よって である。

別解

シャープレイ値は、プレイヤーを並べる 通りの順列それぞれについて、職人 の限界貢献を求めて平均したものである。

各順列での職人 の限界貢献は次のとおり。
- (1,2,3):
- (1,3,2):
- (2,1,3):
- (3,1,2):
- (2,3,1):
- (3,2,1):

合計は なので、。

検算として、他の職人の値も同様に求める。
職人 の限界貢献は、(2,1,3) と (2,3,1) で ずつ、(1,2,3) で 、(3,2,1) で 、(1,3,2) で 、(3,1,2) で 。合計は なので 。
。
職人 を直接求めると、(3,1,2) と (3,2,1) で ずつ、(1,3,2) で 、(2,3,1) で 、(1,2,3) と (2,1,3) で ずつ。合計は なので 。
総和は となり、効率性を満たす。

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