1.1 teoría básica. forma normal de los juegos y el equilibrio de nash

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Teoría de juegos

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  • Teora de

    JuegosM.C. Victor Acxel Amarillas

    Urbina

  • Juegos

    Estticos con

    Informacin

    CompletaTeora Bsica

    Forma normal de los juegos

    y el equilibrio de Nash

  • Representacin de los

    juegos en forma normal

  • Representacin de los juegos

    en forma normal

    En la representacin de un juego en

    forma normal cada jugador elige de

    forma simultnea una estrategia, y la

    combinacin de las estrategias elegidas

    por los jugadores determina la ganancia

    de cada jugador.

    Para ilustrar esta situacin, veamos un

    ejemplo clsico, denominado: El dilemadel prisionero.

  • El dilema del prisionero Dos sospechosos son arrestados y acusados

    de un delito.

    La polica no tiene evidencia suficiente paracondenar a los sospechosos, a menos queuno confiese.

    La polica encierra a los sospechosos enceldas separadas y les explica lasconsecuencias derivadas de las decisionesque tomen.

  • El dilema del prisionero Si ninguno confiesa, ambos sern

    condenados por un delito menor ysentenciados a un mes de crcel.

    Si ambos confiesan, sern sentenciados a seismeses de crcel.

    Finalmente, si uno confiesa y el otro no, elque confiesa ser puesto en libertadinmediatamente y el otro ser sentenciado anueve meses de prisin.

  • El dilema del prisionero

    El problema de los presos puede

    representarse mediante la siguiente

    matriz binaria.

    Prisionero 1

    Prisionero 2

    No

    ConfesarConfesar

    No

    Confesar-1 , -1 -9 , 0

    Confesar 0 , -9 -6 , -6

  • El dilema del prisionero

    En este juego, cada jugador cuenta condos estrategias posibles:

    Confesar.

    No Confesar.

    Las ganancias de los dos jugadorescuando eligen un par concreto deestrategias aparecen en la casillacorrespondiente de la matriz binaria.

  • Representacin de los juegos

    en forma normal

    La representacin en forma normal de un

    juego especifica:

    Los jugadores en el juego.

    Las estrategias de las que dispone cada

    jugador. 1, , ; La ganancia de cada jugador en cada

    combinacin posible de estrategias.

    1, ,

  • Representacin de los juegos

    en forma normal

    Definicin.

    La representacin en forma normal de un

    juego con jugadores especifica losespacios de estrategias de los jugadores

    1, , y sus funciones de ganancias1, , ; denotando un juego como =1, , ; 1, , .

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas En el dilema del prisionero, si un sospechoso

    va a confesar, sera mejor para el otroconfesar y con ello ir a la crcel seis meses,en lugar de no confesar y pasar nueve mesesen prisin.

    Del mismo modo, si un sospechoso noconfiesa, para el otro sera mejor confesar ycon ello ser puesto en libertadinmediatamente en lugar de no confesar ypermanecer en prisin durante un mes.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas As, para el preso , la estrategia de no

    confesar est dominada por la de

    confesar.

    Para cada estrategia que el preso puedeelegir, la ganancia del prisionero es menorsi no confiesa que si confiesa.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadasDefinicin.

    En el juego en forma normal =1, , ; 1, , , sean

    y posibles

    estrategias del jugador ; la estrategia est

    estrictamente dominada por la estrategia

    si para cada combinacin posible de lasestrategias de los restantes jugadores laganancia de por utilizar

    es estrictamentemenor que la ganancia de por utilizar

    .

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadasDefinicin.

    En trminos matemticos:

    1, , 1, , +1, , < 1, , 1,

    , +1, ,

    Para cada 1, , 1, +1, , que pueda serconstruida a partir de los espacios de estrategiasde los otros jugadores 1, , 1, +1, .

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Los jugadores racionales no utilizan

    estrategias estrictamente dominadas,

    puesto que bajo ninguna conjetura que

    un jugador pudiera formarse sobre las

    estrategias que elegirn los dems

    jugadores sera ptimo utilizar tales

    estrategias.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas As, en el dilema del prisionero, un jugador

    racional elegir confesar, por lo que

    (Confesar, Confesar) ser el resultado al

    que llegan dos jugadores racionales,

    incluso cuando (Confesar, Confesar)

    supone unas ganancias peores para

    ambos jugadores que (No Confesar, No

    Confesar).

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Considere el siguiente juego:

    Donde las estrategias posibles para los

    jugadores son:

    1 = ,

    2 = , ,

    Jugador 1

    Jugador 2

    Izquierda Centro Derecha

    Alta 1 , 0 1 , 2 0 , 1

    Baja 0 , 3 0 , 1 2 , 0

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Para el jugador 1, ni alta ni baja estn

    estrictamente dominadas.

    Sin embargo, para el jugador 2, derecha

    est estrictamente dominada por centro.

    Entonces, si el jugador 1 sabe que el

    jugador 2 es racional, puede eliminar

    derecha del espacio de estrategias del

    jugador 2.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Entonces, el juego se convierte en el

    siguiente:

    Jugador 1

    Jugador 2

    Izquierda Centro Derecha

    Alta 1 , 0 1 , 2 0 , 1

    Baja 0 , 3 0 , 1 2 , 0

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas En ste nuevo juego, para el jugador 1,

    baja est estrictamente dominada por

    alta.

    Entonces, si el jugador 2 sabe que el

    jugador 1 es racional, y el jugador 2 sabe

    que el jugador 1 sabe que el jugador 2 es

    racional, el jugador 2 puede eliminar baja

    del espacio de estrategias del jugador 1.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Entonces, el juego se convierte en el

    siguiente:

    Donde, para el jugador 2, izquierda est

    estrictamente dominada por centro.

    Jugador 1

    Jugador 2

    Izquierda Centro Derecha

    Alta 1 , 0 1 , 2 0 , 1

    Baja 0 , 3 0 , 1 2 , 0

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Entonces, el resultado del juego es el

    siguiente:

    (Alta, Centro)

    Jugador 1

    Jugador 2

    Izquierda Centro Derecha

    Alta 1 , 0 1 , 2 0 , 1

    Baja 0 , 3 0 , 1 2 , 0

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Este proceso se denomina eliminacin

    iterativa de las estrategias estrictamente

    dominadas, el cual, presenta dos

    inconvenientes:

    En primer lugar, cada paso requiere de un

    supuesto adicional sobre lo que los jugadores

    saben acerca de la racionalidad del otro.

    En segundo lugar, el proceso por lo general

    conduce a una prediccin imprecisa sobre eldesarrollo del juego.

  • Eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente

    dominadas Considere el siguiente juego:

    Donde no hay estrategias estrictamentedominadas para ser eliminadas, por tanto, elproceso no permite ninguna prediccin sobre eldesarrollo del juego.

    Jugador 1

    Jugador 2

    I C D

    A 0 , 4 4 , 0 5 , 3

    M 4 , 0 0 , 4 5 , 3

    B 3 , 5 3 , 5 6 , 6

  • Fundamentacin y

    definicin del equilibrio de

    Nash

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Suponga que la teora de juegos hace una nicaprediccin sobre las estrategias elegidas por losjugadores.

    Para que esta prediccin sea correcta esnecesario que cada jugador est dispuesto aelegir la estrategia predicha por la teora.

    Por ello, la estrategia predicha de cada jugadordebe ser la mejor respuesta de cada jugador a lasestrategias predichas de los otros jugadores.

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Definicin.

    En el juego en forma normal de jugadores, = 1, , ; 1, , , lasestrategias 1

    , , forman un equilibrio

    de Nash si, para cada jugador , es la

    mejor respuesta del jugador a lasestrategias de los otros 1 jugadores,1, , 1

    , +1 , ,

    .

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Definicin.

    En trminos matemticos:

    1, , 1

    , , +1

    , , 1

    , , 1 , , +1

    , ,

    Para cada posible estrategia en ; esto es, es

    una solucin de:

    max

    1, , 1

    , , +1 , ,

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Para concretar, considere el siguiente

    ejemplo:

    Jugador 1

    Jugador 2

    I C D

    A 0 , 4 4 , 0 5 , 3

    M 4 , 0 0 , 4 5 , 3

    B 3 , 5 3 , 5 6 , 6

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Donde, para conocer los equilibrios de

    Nash en el juego, simplemente se debe

    de comprobar si cada combinacin

    posible de estrategias satisface la

    definicin anterior.

    Entonces, para cada jugador y para cada

    estrategia posible con la que cuenta cada

    jugador se puede determinar la mejor

    respuesta del otro jugador a esa estrategia.

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Subrayando la ganancia de la mejor

    respuesta del jugador a cada una delas posibles estrategias del jugador ,tenemos:

    Jugador 1

    Jugador 2

    I C D

    A 0 , 4 4 , 0 5 , 3

    M 4 , 0 0 , 4 5 , 3

    B 3 , 5 3 , 5 6 , 6

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Donde, un par de estrategias satisface la

    condicin del equilibrio de Nash si la

    estrategia de cada jugador es la mejor

    respuesta a la del otro, es decir, si ambas

    ganancias estn subrayadas en la casilla

    correspondiente de la matriz binaria.

    Por ello (B,D) es el nico par de estrategias

    que satisface la definicin del equilibrio de

    Nash.

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Noten que existe una relacin entre el

    equilibrio de Nash y la eliminacin iterativa de

    las estrategias estrictamente dominadas.

    Si las estrategias 1, ,

    constituyen un

    equilibrio de Nash, sobreviven a la eliminacin

    iterativa de las estrategias estrictamente

    dominadas, pero pueden existir estrategias que

    sobrevivan a la eliminacin iterativa de

    estrategias estrictamente dominadas pero que

    no formen parte de ningn equilibrio de Nash.

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Para concluir, considere el siguiente

    ejemplo clsico, denominado: Labatalla de los sexos.

    Chris

    Pat

    pera Boxeo

    pera 2 , 1 0 , 0

    Boxeo 0 , 0 1 , 2

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    Donde (pera, pera) y (Boxeo, Boxeo)

    son equilibrio de Nash.

    Entonces, pueden existir situaciones para

    las cuales la teora de juegos no ofrece

    una solucin nica y en las que no se

    llegar a ningn acuerdo.

  • Fundamentacin y definicin

    del equilibrio de Nash

    En resumen:

    Si la teora de juegos ofrece una nica solucina un juego, sta debe ser un equilibrio de Nash.

    Si se llega a un acuerdo sobre cmocomportarse en un juego, las estrategiasestablecidas en el acuerdo deben ser unequilibrio de Nash.

    Para casos en que existan mltiples equilibriosde Nash, existe la posibilidad de que unequilibrio sobresalga como la solucin msatractiva del juego.

  • Siguiente claseJuegos Estticos con Informacin Completa.

    Aplicaciones.