区別のできる 台の配送トラック が、倉庫から配送センターへ向かう道路を、互いに相談せずに同時に 本ずつ選ぶ。道路は の 本である。ある道路を選んだトラックの台数が 台のとき、その道路を選んだ各トラックの所要時間は
である。各トラックは自分の所要時間をできるだけ短くしたい。どのトラックも、自分だけ別の道路に移ったときに所要時間が真に短くならないような道路の選び方(各トラックがどの道路を選ぶかの割り当て)を純粋戦略ナッシュ均衡とよぶ。純粋戦略ナッシュ均衡の個数を求めよ。
混雑ゲームの純粋均衡の数え上げ
経路を選ぶ混雑ゲームで、「どのプレイヤーも別の経路に移って費用が下がらない」条件を、人数の組 の不等式に直せる。条件を満たす組ごとに、区別できるプレイヤーの割り当て を足して、純粋戦略ナッシュ均衡の個数を求められる
前提
- 最適反応と純粋戦略ナッシュ均衡 (大学数学 ゲーム理論)
- 同じものを含む順列・重複組合せ (数学A 場合の数と確率)
この技能までの道筋(7 技能)
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- 最適反応と純粋戦略ナッシュ均衡 (大学数学 ゲーム理論)
- 樹形図で数え上げる (算数 場合の数)
- 積の法則と和の法則 (算数 場合の数)
- 和の法則・積の法則と樹形図 (数学A 場合の数と確率)
- 順列・円順列・重複順列 (数学A 場合の数と確率)
- 組合せ (数学A 場合の数と確率)
- 同じものを含む順列・重複組合せ (数学A 場合の数と確率)
説明
何人かが同時に経路を選び、各経路の費用がその経路を使う人数だけで決まる状況を「混雑ゲーム」と呼びます。この技能では、ある割り当てが純粋戦略ナッシュ均衡かどうかを、各経路の人数の組 についての不等式で判定します。そのうえで、条件を満たす組ごとに区別できるプレイヤーの割り当て方を数えて足し合わせ、均衡の個数を求めます。交通網や通信ネットワークの混雑を考えるときに使います。
なぜそうしてよいのか
プレイヤーを と区別し、各人が経路 A, B, C のどれか 1 つを選ぶとします。経路 A を 人が使うときの 1 人あたりの費用を と書きます(B, C も同様)。費用は「誰が使うか」ではなく「何人使うか」だけで決まるので、ある戦略の組が均衡かどうかは、人数の組 ()だけで判定できます。
純粋戦略ナッシュ均衡は、どのプレイヤーも自分だけ戦略を変えて得をしない(費用が下がらない)組でした。A を使っている人が B に移ると、B の人数は自分を含めて 人になるので、移った後の費用は です。よって「A の人が B に移っても得をしない」は と書けます。同じ経路の人は全員同じ費用で、移った先の状況も同じなので、この不等式を A の 1 人について確かめれば A の全員について確かめたことになります。一方、A を使う人がいない()ときは、A から移ろうとする人が存在しないので、この条件は課しません。
人数の組が条件を満たせば、その人数になる割り当てはすべて均衡です。 人を A に 人、B に 人、C に 人と分ける方法は、文字 A, B, C をそれぞれ 個並べる同じものを含む順列と同じで 通りです。異なる人数の組から同じ割り当ては生じないので、和の法則でこれらを足せば均衡の総数になります。
手順
費用関数 を確認し、人数の組 (, 各成分は 0 以上の整数)を考える。組は全部で 個ある。
均衡条件を書く: なら かつ 。、 のときも同様に、移り先の人数を して比べる。人数が 0 の経路には条件を課さない。
各不等式を の範囲の条件に直し、すべてを満たす組 を漏れなく挙げる( のように 1 つの文字で場合分けすると漏れにくい)。
条件を満たす各組について、割り当ての数 を計算する。
それらを足して、純粋戦略ナッシュ均衡の個数とする。
例題
区別できる 4 人のプレイヤーが、それぞれ経路 A, B, C のどれか 1 つを同時に選ぶ。経路 A, B は使う人数が 人のとき 1 人あたりの費用がそれぞれ 、経路 C は人数によらず費用 である。各プレイヤーは自分の費用を小さくしたい。4 人の経路の選び方(戦略の組)のうち、純粋戦略ナッシュ均衡であるものの個数を求めよ。
例題の解答
【手順1】。人数の組 は を満たす 0 以上の整数の組で、 個。
【手順2】均衡条件:
・ のとき かつ
・ のとき かつ
・ のとき かつ 、すなわち かつ
【手順3】(0 のときも成り立つ)なので 。 で場合分けする。
・: より 。, も満たすので は均衡。
・:, , より 。どちらも , を満たす。。
・:, より 。。
・: で と を同時に満たせないので不可。
・: で を満たさない(C の人が A に移ると費用が 1 に下がる)ので不可。
【手順4】:。:。:。:。
【手順5】。よって純粋戦略ナッシュ均衡は 42 個。
答え:
よくある誤り
移り先の費用を今の人数のまま比べてしまう誤り(例:)。正しくは自分が加わるので 。
誰も使っていない経路にも「そこから移っても得をしない」条件を課してしまう誤り。例えば A, B の費用が 、C の費用が で 3 人のとき、 は均衡(A の人は , 、B の人は , )だが、C に人がいないのに を要求すると不成立になり、この均衡を落としてしまう。正しくは、人数が 1 以上の経路についてだけ条件を課す。
費用が等しい移動を「得をする」と数えてしまう誤り。例題の では A の人が B に移っても で費用は下がらないので、不等式は (等号を含む)で判定する。
人数の組の個数を答えてしまう誤り。例題で条件を満たす組は 4 個だが、プレイヤーは区別できるので各組の を足して とする。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
区別のできる 人の通勤者 が、駅から会社へ向かう道として、道 のうちちょうど つを同時に選ぶ。道 を選んだ人数をそれぞれ ( は 以上の整数で )とするとき、各道を選んだ人が負担する費用(所要時間)は
であり、各通勤者は自分の費用をできるだけ小さくしたい。どの通勤者も、自分だけが別の道に移ったときに費用が真に小さくならないような選び方の組(誰がどの道を選ぶかの割り当て)を純粋戦略ナッシュ均衡とよぶ。純粋戦略ナッシュ均衡の個数を求めよ。区別のできる 台の配送トラック が、倉庫から配送センターへ向かう道路を、互いに相談せずに同時に 本ずつ選ぶ。道路は の 本である。ある道路を選んだトラックの台数が 台のとき、その道路を選んだ各トラックの所要時間(費用)は、次のように決まる。
各トラックは自分の所要時間をできるだけ小さくしたい。どのトラックも、自分だけ別の道路に変えても所要時間が真に小さくならないような道路の選び方( 台それぞれがどの道路を選ぶかの割り当て)を純粋戦略ナッシュ均衡とよぶ。純粋戦略ナッシュ均衡は全部で何通りあるか求めよ。
この技能を使う問題
区別のできる 人のドライバー が、出発地から目的地へ向かう経路を、互いに相談せずに同時に つずつ選ぶ。経路は の 本である。ある経路を選んだドライバーの人数が 人( は正の整数)のとき、その経路を選んだ各ドライバーの所要時間(分)は
である。各ドライバーは自分の所要時間を小さくしたい(利得は所要時間に を掛けたもの)とする。戦略の組( 人それぞれがどの経路を選ぶかの割り当て、全部で 通り)のうち、どのドライバーも自分だけ経路を変えることで所要時間を真に短くできないもの、すなわち純粋戦略のナッシュ均衡の個数を求めよ。
区別のできる 人のプレイヤー が、同時に経路 のうちちょうど 1 つを選ぶ。経路 を選んだ人数をそれぞれ ()とするとき、各プレイヤーの費用は
- 経路 を選んだプレイヤー:
- 経路 を選んだプレイヤー:
- 経路 を選んだプレイヤー:であり、各プレイヤーは自分の費用を最小にしたい。
このゲームの純粋戦略ナッシュ均衡(7 人それぞれがどの経路を選ぶかの組)の個数を求めよ。