Решение игр в смешанных стратегиях.
Если игра не имеет седловой точки, то применение чистых стратегий не дает оптимального решения игры. Так, в примере 1 α ≠ β, седловая точка отсутствует. В таком случае можно получить оптимальное решение, случайным образом чередуя чистые стратегии.
Смешанной стратегиейSA игрока А называется применение чистых стратегий A1, A2, ..., Am с вероятностями p1, p2, ..., pi, ..., pm причем сумма вероятностей равна 1:
Смешанные стратегии игрока А записываются в виде матрицы
или в виде строки SA = (p1, p2, ..., pi, ..., pm)
Аналогично смешанные стратегии игрока В обозначаются:
, или, SB = (q1, q2, ..., qi, ..., qn),
где сумма вероятностей появления стратегий равна 1:
Чистые стратегии можно считать частным случаем смешанных и задавать строкой, в которой 1 соответствует чистой стратегии. На основании принципа минимакса определяется оптимальное решение (или решение) игры: это пара оптимальных стратегий S*A , S*B в общем случае смешанных, обладающих следующим свойством: если один из игроков придерживается своей оптимальной стратегии, то другому не может быть выгодно отступать от своей. Выигрыш, соответствующий оптимальному решению, называется ценой игры v. Цена игры удовлетворяет неравенству:
α ≤ v ≤ β
где α и β — нижняя и верхняя цены игры. Справедлива следующая основная теорема теории игр — теорема Неймана. Каждая конечная игра имеет по крайней мере одно оптимальное решение, возможно, среди смешанных стратегий. Пусть S*A = (p*1, p*2, ..., p*i, ..., p*m) и S*B = (q*1, q*2, ..., q*i, ..., q*n) — пара оптимальных стратегий. Если чистая стратегия входит в оптимальную смешанную стратегию с отличной от нуля вероятностью, то она называется активной.
Справедлива теорема об активных стратегиях: если один из игроков придерживается своей оптимальной смешанной стратегии, то выигрыш остается неизменным и равным цене игры v, если второй игрок не выходит за пределы своих активных стратегий.
Эта теорема имеет большое практическое значение — она дает конкретные модели нахождения оптимальных стратегий при отсутствии седловой точки.
Рассмотрим игру размера 2Ч2, которая является простейшим случаем конечной игры. Если такая игра имеет седловую точку, то оптимальное решение — это пара чистых стратегий, соответствующих этой точке.
Игра, в которой отсутствует седловая точка, в соответствии с основной теоремой теории игр оптимальное решение существует и определяется парой смешанных стратегий S*A = (p*1, p*2) и S*B = (q*1, q*2).
Для того чтобы их найти, воспользуемся теоремой об активных стратегиях. Если игрок А придерживается своей оптимальной стратегии S'A, то его средний выигрыш будет равен цене игры v, какой бы активной стратегией ни пользовался игрок В. Для игры 2Ч2 любая чистая стратегия противника является активной, если отсутствует седловая точка. Выигрыш игрока А (проигрыш игрока В) — случайная величина, математическое ожидание (среднее значение) которой является ценой игры. Поэтому средний выигрыш игрока А (оптимальная стратегия) будет равен v и для 1-й, и для 2-й стратегии противника.
Пусть игра задана платежной матрицей
Средний выигрыш игрока А, если он использует оптимальную смешанную стратегию
,
а игрок В — чистую стратегию B1 (это соответствует 1-му столбцу платежной матрицы Р), равен цене игры v: a11 p*1+ a21 p*2= v. Тот же средний выигрыш получает игрок А, если 2-й игрок применяет стратегию B2, т.е. a12 p*1+ a22 p*2= v. Учитывая, что p*1+ p*2= 1, получаем систему уравнений для определения оптимальной стратегии S'A и цены игры v:
Решая эту систему, получим оптимальную стратегию
и цену игры
Применяя теорему об активных стратегиях при отыскании S*B- оптимальной стратегии игрока В, получаем, что при любой чистой стратегии игрока А (А1 или А2) средний проигрыш игрока В равен цене игры v, т.е.
Тогда оптимальная стратегия определяется формулами:
Пример 1.
Игра «поиск»
Игрок А может спрятаться в одном из двух убежищ (I и II); игрок В ищет игрока А, и если найдет, то получает штраф 1 ден. ед. от А, в противном случае платит игроку А 1 ден. ед. Необходимо построить платежную матрицу игры.
Решение. Для составления платежной матрицы следует проанализировать поведение каждого из игроков. Игрок А может спрятаться в убежище I – обозначим эту стратегию через A1 или в убежище II — стратегия A2 .
Игрок В может искать первого игрока в убежище I — стратегия B1 , либо в убежище II — стратегия B2. Если игрок А находится в убежище I и там его обнаруживает игрок В, т.е. осуществляется пара стратегий (A1, B1), то игрок А платит штраф, т.е. a11 = - 1. Аналогично получаем a22 = - 1 (A2, B2). Очевидно, что стратегии (A1, B2) и (A2, B1) дают игроку А выигрыш 1, поэтому a12 = a21 = 1. Таким образом, для игры "поиск" размера 2Ч2 получаем платежную матрицу
Применим полученные результаты для отыскания оптимальных стратегий для игры, рассмотренной в примере 1.
Пример 2.
Найти оптимальные стратегии игры, приведенной в примере 1.
Решение. Игра "поиск" задана платежной матрицей без седловой точки:
Поэтому ищем решение в смешанных стратегиях; для игрока А средний выигрыш равен цене игры v (при B1 и B2); для игрока В средний проигрыш равен цене игры v (при A1 и B2). Системы уравнений в данном случае имеют вид:
Решая эти системы, получаем 
Это означает, что оптимальная стратегия каждого игрока состоит в том, чтобы чередовать свои чистые стратегии случайным образом, выбирая каждое из убежищ с вероятностью 1/2, при этом средний выигрыш равен 0.
РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МАТЕМАТИКА»
НА ТЕМУ: «Решение игры в смешанных стратегиях».