Αλγοριθμική Θεωρία Παιγνίων

Η επιστήμη της πληροφορικής έχει έντονη αλληλεπίδραση με πολλά άλλα επιστημονικά πεδία, ένα εκ των οποίων είναι και η οικονομική επιστήμη. Τα τελευταία χρόνια η ερευνητική δραστηριότητα ανάμεσα στις δυο αυτές επιστήμες είναι έντονη και έχει συνεισφέρει πολύ σημαντικά επιστημονικά επιτεύγματα, οδηγώντας σε ένα σχετικά καινούργιο επιστημονικό πεδίο, που συνήθως αποκαλείται αλγοριθμική θεωρία παιγνίων.

Ορισμένα από τα πιο θεμελιώδη προβλήματα της πληροφορικής, από την ανάθεση πόρων σε δίκτυα ευρείας κλίμακας μέχρι την παροχή διαφημίσεων σε πραγματικό χρόνο, απαιτούν τη διάδραση μεταξύ διαφορετικών οντοτήτων με σαφώς ιδιοτελή κίνητρα, εν αντιθέσει με τα κλασσικά προβλήματα βελτιστοποίησης όπου υπάρχει κάποιος κεντρικός στόχος βελτιστοποίησης της απόδοσης του ίδιου του συστήματος. Η οικονομική θεωρία, και ιδίως η θεωρία παιγνίων, έχει συνεισφέρει έναν ιδιαίτερα μεγάλο πλούτο από χρήσιμα μοντέλα και ορισμούς για την αποτύπωση αυτού του τύπου της ιδιοτελούς συμπεριφοράς οντοτήτων, σε αυτά τα θεμελιώδη αλγοριθμικά προβλήματα της πληροφορικής. Όμως, η διάχυση τεχνογνωσίας υφίσταται και στην αντίστροφη κατεύθυνση. Είναι πλέον παγιωμένη η πεποίθηση των οικονομολόγων ότι καταστάσεις ισορροπίας μεταξύ ιδιοτελώς σκεπτόμενων οντοτήτων έχουν ουσιαστικό νόημα όταν πράγματι μπορούν να προκύψουν ως αποτέλεσμα πεπερασμένων υπολογισμών. Επιπρόσθετα, η πολύ διαδεδομένη έννοια στην πληροφορική των προσεγγιστικών ισορροπιών, ιδιαιτέρως όταν είναι ανέφικτη (ενδεχομένως και δίχως νόημα, σε ένα θεωρητικό μοντέλο του θορυβώδους πραγματικού κόσμου) η εύρεση μιας επακριβούς ισορροπίας μεταξύ ιδιοτελών οντοτήτων, είναι πλέον διαδεδομένη και στην οικονομική επιστήμη, προκειμένου τα προγνωστικά μοντέλα συμπεριφορών να δίνουν πιο ρεαλιστικές απαντήσεις. Τέλος, η πληροφορική έχει συνεισφέρει σημαντικές μεθόδους ανάλυσης, πέρα από τις κλασσικές μεθόδους ανάλυσης μέσης τιμής και της κατά Bayes ανάλυσης που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται στην οικονομική θεωρία, προκειμένου να προαχθούν πιο εύρωστες (robust) λύσεις σε προβλήματα οικονομικού σχεδιασμού.

Το παρόν μάθημα είναι μια εισαγωγή στην αλγοριθμική θεωρία παιγνίων, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση σε υπολογιστικά ζητήματα και σε προβλήματα που άπτονται της πληροφορικής.

Συγκεκριμένα, ενδεικτικά αναφέρονται οι εξής ενότητες που θα μελετηθούν, στο πλαίσιο του μαθήματος:

  • Συνδυαστικά παιχνίδια.
  • Μορφές αναπαράστασης παιχνιδιών.
  • Σκεπτικά λύσεων.
  • Πολυπλοκότητα και αλγόριθμοι (επακριβούς/προσεγγιστικής) επίλυσης στρατηγικών παιχνιδιών.
  • Παιχνίδια συμφόρησης και τίμημα της αναρχίας.
  • Παιχνίδια διαπραγματεύσεων.
  • Σχεδιασμός μηχανισμών.
  • Συστήματα ψηφοφοριών.
Κωδικός Μαθήματος
CEID_ΝΕ509
Επίπεδο
Προπτυχιακά
Εξάμηνο
Εαρινό
Τομέας
Τομέας Εφαρμογών και Θεμελιώσεων της Επιστήμης των Υπολογιστών
Διδάσκων
ΚΟΝΤΟΓΙΑΝΝΗΣ ΣΠΥΡΙΔΩΝ
ECTS
5
Συνδυαστικά Παίγνια: Ορισμός και μέθοδοι επίλυσης για αμερόληπτα συνδυαστικά παίγνια (αριθμητική ΝΙΜ σωρών και κανόνας ΜΕΧ). Παίγνια Εκτενούς Μορφής: Παίγνια με πλήρη γνώση, με ελλιπή γνώση, και με ή χωρίς τέλεια ανάκληση (μνήμης). Στρατηγικά παίγνια: Παίγνια μηδενικού αθροίσματος, βέλτιστες στρατηγικές, μεικτές στρατηγικές, κυρίαρχες στρατηγικές, ισορροπίες Nash, συσχετιζόμενες ισορροπίες, προσεγγιστικές ισορροπίες. Αλγόριθμοι και πολυπλοκότητα υπολογισμού μιας ή όλων των ισορροπιών Nash (μέθοδος άνω-φακέλου, απαρίθμησης κορυφών, Lemke-Howson, κ.λπ.) για στρατηγικά παίγνια δύο παικτών. Ορισμός και αποδοτικές μέθοδοι υπολογισμού ΜΑΧΜΙΝ στρατηγικών. Διαπραγματεύσεις: Μοντελοποίηση ως επαναλαμβανόμενα στρατηγικά παίγνια με απομείωση ωφελειών. Αξιωματικός χαρακτηρισμός και μέθοδοι υπολογισμού λύσης (Nash bargaining solution) για διαπραγματεύσεις. Μηχανισμοί: Σχεδιασμός φιλαληθών μηχανισμών. Θεώρημα των Gibbard & Shatterthwaite. Θεωρία δημοπρασιών. Δημοπρασίες κατά Vickrey. Δημοπρασίες VCG. Γενικευμένες δημοπρασίες δεύτερης τιμής. Παίγνια συμφόρησης: Μοντελοποίηση ως παίγνια δυναμικού. Τίμημα της αναρχίας/ευστάθειας. Παίγνια σχεδιασμού δικτύων. Θεωρία ψηφοφοριών: Κανόνες ψηφοφορίας (πλειοψηφία, βέτο, Borda, δικτατορίες). Θεώρημα του Arrow.
Μετάβαση στο περιεχόμενο