La teoría de juegos como herramienta para problemas de reparto.

Documentos relacionados
Contenidos. Juegos en forma estratégica. El dilema del prisionero. El dilema del prisionero

Algoritmic game theory - IIC3810

Concepto de solución para los juegos cooperativos

Teoría de Juegos (Código : ) Preliminares. Juegos Cooperativos. Marina Bannikova

Tema 1: Elementos básicos de un juego y criterios de decisión

Teoría de Juegos Cooperativos

Regla del Talmud Generalizada para Problemas de Reparto con Referencias Múltiples *

Autor: Pablo Manuel del Árbol Jiménez Tutora: Dra. Encarnación Algaba Durán

Estructuras Jerárquicas y Juegos Cooperativos con Utilidad Transferible

ESTRATEGIAS EN JUEGOS MATRICIALES Y LA MÁXIMA PROBABILIDAD DE OBTENER AL MENOS UN OBJETIVO

Juegos cooperativos con estructuras anidadas. Miguel Angel Vargas Valencia

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería Área Académica de Matemáticas y Física

Cómo la función de reajuste de Nash genera equilibrio/os en juegos estratégicos finitos?

Historia del pensamiento económico Clase 6 11 septiembre 2009

Teoría Microeconómica

Aplicaciones de los juegos cooperativos en modelos de inventario centralizados

T E S I. Maestro en Ciencias. Matemáticas Aplicadas. William José Olvera López

Definición 1 Un carrier para un juego v es una coalición T tal que para cualquier S, v(s) = v(s T ).

Investigación Operativa. Sharing costs in airport and highway problems

Teoría de Juegos Teoria de Jocs

Tema 6: Modelos de Juegos

Sílabo de Microeconomía II

Diseño de Mecanismos Aplicaciones a Políticas Públicas

Aplicaciones de la teoría de juegos a los problemas de reparto

Teoría de juegos Andrés Ramos Universidad Pontificia Comillas

Clase 4 24 de agosto de 2016

Economía Matemática. Cálculo III y Macroeconomía Avanzada II. Créditos Académicos 3 Horas de clase /semana 4 Horas de Trabajo Indepen/sema 5

Teoría de Juegos. Agosto 2016

Optimización de Problemas de Producción

1. Juegos de suma cero con dos jugadores

X Congreso Galego de Estatística e Investigación de Operacións Pontevedra, de novembro de 2011

Programas informáticos orientados a juegos TU

Teoría de Juegos Modelos Rectangulares. Agosto 2016

Año Académico 2009 INGENIERÍA INDUSTRIAL E INGENIERÍA DE SISTEMAS

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de la Nación Universidad Nacional de Chilecito Propuesta de Asignatura Año 2013

Situación profesional actual

1. Sucesiones y redes.

TEMA 1: ECONOMÍAS DE INTERCAMBIO October 6, 2015

Auxiliares: G. Carniglia y F. Carrera. Guía 2: Juegos en forma extensiva y juegos Bayesianos

Juegos Cooperativos. Core

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA - CALI FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y ADMINISTRATIVAS DEPARTAMENTO DE ECONOMÍA

John Nash y la teoría de juegos

Juegos Matemáticos Un juego competitivo basado en un problema matemático A competitive game based in a mathematical problem

Juegos Repetidos. Alvaro J. Riascos Villegas Universidad de los Andes. Mayo de Introducción 2. 2 Ejemplo horizonte finito 2

El modelo de Bertrand aplicado a las AFORES en México: Una aproximación teórica.

Juegos estáticos y juegos estocásticos

Búsqueda en línea y Búsqueda multiagente

GRADO EN FINANZAS, BANCA Y SEGUROS PRIMER CURSO

Tema 2. Teoria del Intercambio de Edgeworth.

Valores en Juegos Cooperativos con Información Incompleta. Andrés Eduardo Salamanca Lugo

JUEGOS COOPERATIVOS VECTORIALES. Miguel A. Hinojosa Ramos M Carmen Melgar Hiraldo

Notas sobre el teorema minimax

PRÁCTICA 6. Para encontrar los valores que optimizan este lagrangiano hay que resolver el sistema de ecuaciones formado por las CPO: 2,, 16

José Vicente Ugarte Susaeta. Profesor de la Universidad Comercial de Deusto

TEORIA DE JUEGOS. Problemas: * Político- Militares * Económicos : - Oligopolio; - Inversión - Intercambio Internacional; - Relaciones Sindicales; etc.

MICROECONOMÍA AVANZADA I

Tema 1: El modo de pensar en Economía

FACULTAD DE CIENCIAS ECONOMICAS Y EMPRESARIALES PROGRAMA ANALÍTICO TEORIA DE JUEGOS

Tecnología Maximización del beneficio. Teoría de la Firma. Alvaro J. Riascos Villegas Universidad de los Andes. Septiembre 2 de 2014

Fundamentos de la programación lineal. Función Objetivo (F.O.): Para seleccionar qué función objetivo debe elegirse se toma en cuenta lo siguiente:

TEORÍA DE JUEGOS (2da. Parte) M. En C. Eduardo Bustos Farías

GRADO EN ADMINISTRACIÓN Y DIRECCIÓN DE EMPRESAS Primer curso

TEMA 1 LA ECONOMIA CONCEPTOS Y PROBLEMAS FUNDAMENTALES

1. Conjuntos y funciones

Valores coalicionales en juegos cooperativos con utilidad transferible

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN LICENCIATURA EN INFORMÁTICA

Auxiliares: F. Carrera y G. Carniglia. Guía 1: Juegos en forma normal 1 L C R

1. DATOS GENERALES. SEMESTRE: Primero 2. JUSTIFICACIÓN

Métodos de Búsqueda para juegos humano-maquina. PROF: Lic. Ana María Huayna D.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y SOCIALES ESCUELA DE ECONOMÍA DEPARTAMENTO DE ECONOMÍA JOSÉ U. MORA MORA MICROECONOMÍA II

Clase I. Ejemplo donde equilibrios de Nash y de Nash perfecto en subjuegos no coinciden

1 NOCIONES BÁSICAS SOBRE CONJUNTOS. SÍMBOLOS.

Mercados y Regulación Económica

Tema 4 Funciones convexas y optimización convexa

ESTADÍSTICA II Código: 8314

OPTIMIZACIÓN Y SIMULACIÓN PARA LA EMPRESA. Tema 4 Optimización no Lineal

Clase 6 7 de septiembre de Representación de un juego simultáneo: forma extensiva y normal

CONTRIBUCIONES A LA TEORÍA DEL VALOR EN JUEGOS EN FORMA ESTRATÉGICA Y EN PROBLEMAS DE BANCARROTA.

Tema 3 Optimización lineal. Algoritmo del simplex

Tema 7: Problemas clásicos de Programación Lineal

UNIDAD UNO PROGRAMACIÓN LÍNEAL Parte 4

Equilibrio General. 1 Introducción: distinción entre equilibrio parcial y equilibrio general

UNA INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DE JUEGOS. January 25, 2016

Algorithmic Game Theory

1. Conjuntos y funciones

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA

Historia de las Matemáticas. Teoría de Juegos. Juan Bravo Raspeño

Tema 2 Conjuntos convexos

Introducción a la programación lineal

Jorge Hans Alayo Gamarra 15 de abril de Definición del problema: Determinación de precio de la reserva en un mercado eléctrico centralizado

Historia del pensamiento económico Clase 6 16 septiembre 2011

Capítulo 2 Juegos estáticos con información asimétrica

INGENIERÍA DE SISTEMAS INVESTIGACIÓN OPERATIVA

Jesús Getán y Eva Boj. Marzo de 2014

MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS (FDM)

El método simplex 1. 1 Forma estándar y cambios en el modelo. 2 Definiciones. 3 Puntos extremos y soluciones factibles básicas. 4 El método simplex.

INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES

Esquema de Retribución de la Distribución. Situacion Actual. Propuesta de nuevo modelo.

MICROECONOMÍA AVANZADA II Lista 4 de ejercicios Curso 2009/10 Universidad de Alicante

LA TEORÍA DE LOS JUEGOS

Transcripción:

La teoría de juegos como herramienta para problemas de reparto. Amparo M. Mármol Conde Dpto. Economía Aplicada III y IMUS Universidad de Sevilla. Málaga, 20 de Mayo 2014 Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Contenidos Sobre la teoría de juegos. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible. 2. Conceptos de solución. 2.1 El núcleo. 2.2 El valor de Shapley. 2.3 El nucleolo. 3. Aplicaciones. Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

La Teoría de Juegos La teoría de juegos estudia situaciones de decisión interactiva caracterizadas por: Un conjunto de agentes. Cada agente tiene que adoptar una decisión. El resultado depende de las decisiones de todos los agentes. Cada agente tiene sus propias preferencias sobre el conjunto de resultados. Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

La Teoría de Juegos La teoría de juegos estudia situaciones de decisión interactiva caracterizadas por: Un conjunto de agentes. Cada agente tiene que adoptar una decisión. El resultado depende de las decisiones de todos los agentes. Cada agente tiene sus propias preferencias sobre el conjunto de resultados. En palabras de Aumann (2005) Game theory is optimal decision making in the presence of others with different objectives. Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Modelos no cooperativos y modelos cooperativos La teoría de juegos no cooperativos supone que todos los elementos del juego y todas las posibilidades de acción se pueden describir con precisión e incluirse formalmente en el modelo. Se consideran estrategias y pagos. Se supone que los agentes adoptan las estrategias que maximizan sus pagos individuales. La teoría de juegos cooperativos supone que los agentes pueden adoptar acuerdos vinculantes. Considera coaliciones y asignaciones. Supone que los grupos de agentes asignan los beneficios derivados de la cooperación según distintas nociones de justicia y equidad. Juegos en forma coalicional Juegos de utilidad transferible (Juegos TU). Juegos de utilidad no transferible (Juegos NTU). Juegos de negociación (son de utilidad no transferible). Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Orígenes y desarrollo Precursor: Equilibrio de Cournot (1838). Primer resultado importante: Teorema Minimax de von Neumann (1928). Trabajo seminal: The Theory of Games and Economic Behavior von Neumann y Morgenstern (1944). Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Orígenes y desarrollo Equilibrio de Nash (1950). Solución de negociación de Nash (1950): Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Orígenes y desarrollo Equilibrio de Nash (1950). Solución de negociación de Nash (1950): One states as axioms several properties that would seem natural for the solution to have and then one discovers that the axioms actually determine the solution uniquely. Implementación de soluciones cooperativas (1953). Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Orígenes y desarrollo Equilibrio de Nash (1950). Solución de negociación de Nash (1950): One states as axioms several properties that would seem natural for the solution to have and then one discovers that the axioms actually determine the solution uniquely. Implementación de soluciones cooperativas (1953). Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Orígenes y desarrollo Equilibrio de Nash (1950). Solución de negociación de Nash (1950): One states as axioms several properties that would seem natural for the solution to have and then one discovers that the axioms actually determine the solution uniquely. Implementación de soluciones cooperativas (1953). Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

Premios Nobel Nash, Harsanyi, Selten (1994): Por sus análisis pioneros del equilibrio en la teoría de los juegos no cooperativos. Aumann, Schelling (2005): Por sus aportaciones a la comprensión de los conflictos y la cooperación por medio del análisis de la Teoría de Juegos. Hurwicz, Maskin, Myerson (2007): Por sentar las bases de la teoría del diseño de los mecanismos. Roth, Shapley (2012): Por su trabajo en la teoría de las asignaciones estables y el diseño de mercado. Amparo M. Mármol Conde Teoría de juegos y problemas de reparto

1. Juegos cooperativos de utilidad transferible 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Un proyecto conjunto Ana, Berta, Carlos, David y Elena Ana, Berta, Carlos, David y Elena, deciden asociarse para montar un negocio. Cada uno puede aportar a la empresa ciertas habilidades y un determinado capital. Después de estudiar la situación, llegan a la conclusión de que podrían obtener un beneficio anual de 100(en miles de euros) que tendría que repartirse entre todos. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Un proyecto conjunto Ana, Berta, Carlos, David y Elena Ana, Berta, Carlos, David y Elena, deciden asociarse para montar un negocio. Cada uno puede aportar a la empresa ciertas habilidades y un determinado capital. Después de estudiar la situación, llegan a la conclusión de que podrían obtener un beneficio anual de 100(en miles de euros) que tendría que repartirse entre todos. En principio, un reparto de 20 cada uno podría parecer razonable. David y Elena han hecho sus cálculos, y solos obtendrían un beneficio de 45. Ana, Berta y Carlos, también han hecho sus cuentas, y juntos sólo obtendrían 25, por lo que les interesa mantener a David y a Elena en el grupo. Le ofrecen a David y Elena 46, y se repartirían los 54 restantes. Carlos, David y Elena analizan su situación: podrían obtener 70 (> 46 + 18). Ana y Berta no tienen bastante capital para empezar por su cuenta, deciden cederle 71 a Carlos, David y Elena, y dividir el resto entre las dos. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Un proyecto conjunto Si Carlos, David y Elena también deciden dividir los 71 a partes iguales, resulta que Berta, David y Elena pueden obtener conjuntamente un beneficio de 65, que es más que lo que el último reparto les asigna (65 > 2 71/3 + 29/2).... Mientras tanto están perdiendo la oportunidad del negocio, pues ninguno de ellos quiere actuar sin saber antes cómo se van a repartir los beneficios. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Un proyecto conjunto Si Carlos, David y Elena también deciden dividir los 71 a partes iguales, resulta que Berta, David y Elena pueden obtener conjuntamente un beneficio de 65, que es más que lo que el último reparto les asigna (65 > 2 71/3 + 29/2).... Mientras tanto están perdiendo la oportunidad del negocio, pues ninguno de ellos quiere actuar sin saber antes cómo se van a repartir los beneficios. La teoría de juegos cooperativos proporciona herramientas para analizar de manera sistemática la situación teniendo en cuenta el beneficio potencial de todas las coaliciones. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Un proyecto conjunto La siguiente tabla representa el juego completo del ejemplo anterior. S v(s) S v(s) S v(s) S v(s) {1} 0 {1,5} 20 {1,2,4} 35 {3,4,5} 70 {2} 0 {2,3} 15 {1,2,5} 40 {1,2,3,4} 60 {3} 0 {2,4} 25 {1,3,4} 40 {1,2,3,5} 65 {4} 5 {2,5} 30 {1,3,5} 45 {1,2,4,5} 75 {5} 10 {3,4} 30 {1,4,5} 55 {1,3,4,5} 80 {1,2} 0 {3,5} 35 {2,3,4} 50 {2,3,4,5} 90 {1,3} 5 {4,5} 45 {2,3,5} 55 {1,2,3,4,5} 100 {1,4} 15 {1,2,3} 25 {2,4,5} 65 0 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Juegos de Utilidad Transferible Definición Un juego cooperativo de utilidad transferible se representa por un par (N, v): N = {1, 2,..., n} es el conjunto de jugadores, v es la función característica, asocia a cada coalición S N un número real v(s), con v( ) = 0. v(s) es el valor de la coalición S, representa lo que la coalición S puede conseguir sin ayuda de los jugadores fuera de la coalición. A v(n) se le denomina valor del juego. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Juegos de Utilidad Transferible Definición Un juego cooperativo de utilidad transferible se representa por un par (N, v): N = {1, 2,..., n} es el conjunto de jugadores, v es la función característica, asocia a cada coalición S N un número real v(s), con v( ) = 0. v(s) es el valor de la coalición S, representa lo que la coalición S puede conseguir sin ayuda de los jugadores fuera de la coalición. A v(n) se le denomina valor del juego. (N, v) es superaditivo si, para S, T N tales que S T = se verifica: v(s T ) v(s) + v(t ). (N, c) es subaditivo si, para S, T N tales que S T =, se verifica: c(s T ) c(s) + c(t ). 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Repartos Una de las cuestiones fundamentales es el reparto del resultado de la cooperación. Definición Un reparto del juego (N, v) es un vector x = (x 1, x 2,..., x n), x i 0 i, tal que: x i = v(n). i N I (N, v) denota el conjunto de repartos del juego (N, v). x i representa la parte que se le asigna en el reparto al agente i. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Ejemplos El juego del guante Tres jugadores desean repartir los beneficios de la venta de un par de guantes. El jugador 1 tiene un guante de la mano izquierda y los jugadores dos y tres tienen cada uno un guante de la mano derecha. El par de guantes se vende por 100 euros. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Ejemplos El juego del guante Tres jugadores desean repartir los beneficios de la venta de un par de guantes. El jugador 1 tiene un guante de la mano izquierda y los jugadores dos y tres tienen cada uno un guante de la mano derecha. El par de guantes se vende por 100 euros. La situación puede representarse como un juego TU, (N, v): donde N = {1, 2, 3}, v(1) = v(2) = v(3) = v(23) = 0, y v(12) = v(13) = v(n) = 100. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Ejemplos El juego del guante Tres jugadores desean repartir los beneficios de la venta de un par de guantes. El jugador 1 tiene un guante de la mano izquierda y los jugadores dos y tres tienen cada uno un guante de la mano derecha. El par de guantes se vende por 100 euros. La situación puede representarse como un juego TU, (N, v): donde N = {1, 2, 3}, v(1) = v(2) = v(3) = v(23) = 0, y v(12) = v(13) = v(n) = 100. Reparto del millón Un hombre rico muere y le deja un millón de euros a sus tres sobrinos, con la condición de que al menos dos de ellos deben de estar de acuerdo en cómo hacer el reparto entre los tres. En otro caso el millón de euros será donado a una institución. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

Ejemplos El juego del guante Tres jugadores desean repartir los beneficios de la venta de un par de guantes. El jugador 1 tiene un guante de la mano izquierda y los jugadores dos y tres tienen cada uno un guante de la mano derecha. El par de guantes se vende por 100 euros. La situación puede representarse como un juego TU, (N, v): donde N = {1, 2, 3}, v(1) = v(2) = v(3) = v(23) = 0, y v(12) = v(13) = v(n) = 100. Reparto del millón Un hombre rico muere y le deja un millón de euros a sus tres sobrinos, con la condición de que al menos dos de ellos deben de estar de acuerdo en cómo hacer el reparto entre los tres. En otro caso el millón de euros será donado a una institución. La situación puede representarse como un juego TU, (N, v): donde N = {1, 2, 3}, v(1) = v(2) = v(3) = 0, y v(12) = v(13) = v(23) = v(n) = 1. 1. Juegos cooperativos de utilidad transferible

2. Conceptos de solución La cuestión fundamental es la selección para cada juego, de un reparto o de un conjunto de repartos que sea admisible para todos los jugadores. Soluciones y Valores Una solución para juegos de utilidad transferible es una aplicación, ϕ, que a cada juego (N, v) le asigna un subconjunto de repartos: ϕ(n, v) I (N, v). Un valor es una solución que a cada juego (N, v) le asigna un único reparto: ϕ(n, v) I (N, v). 2. Conceptos de solución

Conceptos de solución Los conceptos de solución se basan en dos ideas fundamentales. Soluciones basadas en nociones de estabilidad: El Núcleo (Gillies (1953)) Conjuntos estables (von Neumann and Morgenstern (1944)) Conjunto de negociación (Aumann and Maschler (1964)). Soluciones basadas en nociones de justicia y equidad. Proponen repartos que representan compromisos justos para los jugadores. El valor de Shapley (Shapley (1953)) El nucleolo (Schmeidler (1969)) El valor de Tijs(Tijs (1981)). 2. Conceptos de solución

El Núcleo Estabilidad: Ningún jugador, ni ninguna coalición tiene incentivo para abandonar el juego pues lo que obtiene con el reparto es al menos lo que puede garantizarse por sí mismo. x i v(s), S N (Racionalidad colectiva). i S El núcleo del juego (N, v) se define como C(N, v) = {x IR n + : i N x i = v(n), i S x i v(s), S N}. 2.1. El núcleo

El Núcleo Estabilidad: Ningún jugador, ni ninguna coalición tiene incentivo para abandonar el juego pues lo que obtiene con el reparto es al menos lo que puede garantizarse por sí mismo. x i v(s), S N (Racionalidad colectiva). i S El núcleo del juego (N, v) se define como C(N, v) = {x IR n + : i N x i = v(n), i S x i v(s), S N}. El núcleo de un juego es un poliedro (compacto y convexo). Puede ser vacío, tener un único elemento o un número infinito de elementos. 2.1. El núcleo

El Núcleo El Núcleo del Juego del Guante C(N, v) = {x IR 3 + : x 2+x 3 0, x 1+x 2 100, x 1+x 3 100, x 1+x 2+x 3 = 100} 2.1. El núcleo

El Núcleo El Núcleo del Juego del Guante C(N, v) = {x IR 3 + : x 2+x 3 0, x 1+x 2 100, x 1+x 3 100, x 1+x 2+x 3 = 100} C(N, v) = {(100, 0, 0)} 2.1. El núcleo

El Núcleo El Núcleo del Juego del Guante C(N, v) = {x IR 3 + : x 2+x 3 0, x 1+x 2 100, x 1+x 3 100, x 1+x 2+x 3 = 100} C(N, v) = {(100, 0, 0)} El Núcleo del Juego Reparto del Millón C(N, v) = {x IR 3 + : x 2 + x 3 1, x 1 + x 2 1, x 1 + x 3 1, x 1 + x 2 + x 3 = 1} 2.1. El núcleo

El Núcleo El Núcleo del Juego del Guante C(N, v) = {x IR 3 + : x 2+x 3 0, x 1+x 2 100, x 1+x 3 100, x 1+x 2+x 3 = 100} C(N, v) = {(100, 0, 0)} El Núcleo del Juego Reparto del Millón C(N, v) = {x IR 3 + : x 2 + x 3 1, x 1 + x 2 1, x 1 + x 3 1, x 1 + x 2 + x 3 = 1} C(N, v) = { } 2.1. El núcleo

El Núcleo Otro Juego v({1}) = 0, v({2}) = v({3}) = 0, v({1, 2}) = 5, v({1, 3}) = 7, v({2, 3}) = 4, v({1, 2, 3}) = 10. C(N, v) = {x IR 3 + : x 1 + x 2 5, x 1 + x 3 7, x 2 + x 3 4, x 1 + x 2 + x 3 = 10 } 2.1. El núcleo

El valor de Shapley (1953) Justicia: Cada jugador debe recibir un pago en función de su aportación global al juego. Los jugadores pueden llegar al juego en orden aleatorio, aportando una cantidad distinta a la coalición en cada caso, su contribución marginal a dicha coalición. Valor de Shapley de un jugador: media del valor de las aportaciones en todos los posibles órdenes de llegada de los jugadores a las coaliciones. 2.2. El valor de Shapley

Valor de Shapley Juego del guante 1 2 3 123 0 100 0 213 100 0 0 132 0 0 100 231 100 0 0 312 100 0 0 321 100 0 0 200/3 100/6 100/6 Reparto del millón 1 2 3 123 0 1 0 213 1 0 0 132 0 0 1 231 0 0 1 312 1 0 0 321 0 1 0 1/3 1/3 1/3 2.2. El valor de Shapley

El valor de Shapley (1953) Definición El valor de Shapley para el jugador i en el juego (N, v) es φ i (v) = S:i S S : número de elementos de la coalición S. ( S 1)!(n S )! (v(s) v(s {i})) n! En general, el reparto que proporciona el valor de Shapley no tiene por qué pertenecer al núcleo. 2.2. El valor de Shapley

Caracterización axiomática del valor de Shapley i N es un jugador nulo en el juego (N, v) si para todas las coaliciones S N se cumple que v(s {i}) = v(s). Dos jugadores i, j N son intercambiables si para toda coalición S N \ {i, j}, se cumple que v(s {i}) = v(s {j}). Axiomas Eficiencia: Un valor ϕ cumple eficiencia si i ϕ i(v) = v(n). Propiedad del jugador nulo: Una valor ϕ cumple la propiedad de jugador nulo si para todo jugador nulo i N, ϕ i (v) = 0. Simetría: Un valor ϕ cumple simetría si para todo par de jugadores intercambiables i, j N, ϕ i (v) = ϕ j (v). Aditividad: Un valor ϕ cumple aditividad si para todo par de juegos (N, v), (N, w), se cumple ϕ(v + w) = ϕ(v) + ϕ(w). 2.2. El valor de Shapley

Caracterización axiomática del valor de Shapley i N es un jugador nulo en el juego (N, v) si para todas las coaliciones S N se cumple que v(s {i}) = v(s). Dos jugadores i, j N son intercambiables si para toda coalición S N \ {i, j}, se cumple que v(s {i}) = v(s {j}). Axiomas Eficiencia: Un valor ϕ cumple eficiencia si i ϕ i(v) = v(n). Propiedad del jugador nulo: Una valor ϕ cumple la propiedad de jugador nulo si para todo jugador nulo i N, ϕ i (v) = 0. Simetría: Un valor ϕ cumple simetría si para todo par de jugadores intercambiables i, j N, ϕ i (v) = ϕ j (v). Aditividad: Un valor ϕ cumple aditividad si para todo par de juegos (N, v), (N, w), se cumple ϕ(v + w) = ϕ(v) + ϕ(w). Teorema (Shapley, 1953) El único valor que cumple Eficiencia, Propiedad del jugador nulo, Simetría y Aditividad es el valor de Shapley. 2.2. El valor de Shapley

El nucleolo (Schmeidler, 1969) Solución socialmente justa: El jugador o coalición más descontento con el reparto no puede estar mejor, el segundo jugador o grupo más descontento, también está lo mejor posible, y así sucesivamente. 2.3. El nucleolo

El nucleolo (Schmeidler, 1969) Solución socialmente justa: El jugador o coalición más descontento con el reparto no puede estar mejor, el segundo jugador o grupo más descontento, también está lo mejor posible, y así sucesivamente. El exceso de la coalición S N con respecto al reparto x I (N, v) se define como: e(s, x) = v(s) x i. i S Es una medida del grado de descontento de la coalición con el reparto. 2.3. El nucleolo

El nucleolo (Schmeidler, 1969) Se busca minimizar conjuntamente los descontentos (excesos) de todas las coaliciones. Orden lexicográfico: x IR m es lexicográficamente menor que y IR m ( x L y), si x h < y h para la primera componente h {1, 2,..., m} en que x e y son distintos. x L y si x = y ó x L y. x = (1, 2, 7, 4, 20) L (1, 3, 7, 4, 4) = y 2.3. El nucleolo

El nucleolo (Schmeidler, 1969) Vector de excesos en orden decreciente: θ(x) IR 2N. θ(x) = (e(s 1, x),..., e(s 2 n 2, x)): contiene los excesos de la coaliciones. Definición El nucleolo del juego, η(n, v), es el reparto que minimiza lexicográficamente el vector de excesos ordenado. η(n, v) = {x I (N, v) : θ(x) L θ(y), y I (N, v)}. Debido a la convexidad y compacidad del conjunto de repartos el nucleolo del juego se reduce a un único reparto que pertenece al núcleo si éste es no vacío. 2.3. El nucleolo

El nucleolo El nucleolo del juego del guante El nucleolo: (100, 0, 0). Vector de excesos para este reparto es: ( 100, 0, 0, 0, 0, 0). Por tanto θ(x) = (0, 0, 0, 0, 0, 100) y el máximo exceso de las coaliciones es 0. El valor de Shapley: (4/6, 1/6, 1/6). Los excesos de las coaliciones son: ( 4/6, 1/6, 1/6, 1/6, 1/6, 2/6), θ(y) = (1/6, 1/6, 1/6, 1/6, 2/6, 4/6). En el valor de Shapley las coaliciones más descontentas, {1, 2} y {1, 3}, pierden 1/6 con respecto a lo que podrían conseguir por sí mismas. 2.3. El nucleolo

El nucleolo El nucleolo del juego del guante El nucleolo: (100, 0, 0). Vector de excesos para este reparto es: ( 100, 0, 0, 0, 0, 0). Por tanto θ(x) = (0, 0, 0, 0, 0, 100) y el máximo exceso de las coaliciones es 0. El valor de Shapley: (4/6, 1/6, 1/6). Los excesos de las coaliciones son: ( 4/6, 1/6, 1/6, 1/6, 1/6, 2/6), θ(y) = (1/6, 1/6, 1/6, 1/6, 2/6, 4/6). En el valor de Shapley las coaliciones más descontentas, {1, 2} y {1, 3}, pierden 1/6 con respecto a lo que podrían conseguir por sí mismas. El nucleolo del reparto del millón El nucleolo: (1/3, 1/3, 1/3). Los excesos son: ( 1/3, 1/3, 1/3, 1/3, 1/3, 1/3). θ(x) = (1/3, 1/3, 1/3, 1/3, 1/3, 1/3) Las coaliciones más descontentas son las coaliciones de dos jugadores, su exceso es: 1 2/3 = 1/3. 2.3. El nucleolo

Para calcular el nucleolo(maschler, Peleg y Shapley, 1979) 1 Se resuelve, en primer lugar, el problema de minimización del máximo exceso: min α 1 s.a : v(s) x i α 1, S N, S i S. (1) x i = v(n) i N x i 0, i = 1, 2,..., n. Si la solución óptima, (x, α 1 ), del problema es única, x es el nucleolo; En otro caso, las restricciones, v(ŝ) i Ŝ x i α1, para algunas coaliciones Ŝ, en las que dichas restricciones son activas para cualquier solución óptima del problema (1), se sustituyen por igualdades, v(ŝ) i Ŝ x i = α1, y se resuelve el problema resultante. Tras un número finito de iteraciones, se obtiene el nucleolo del juego. Puede probarse que existen coaliciones que alcanzan el máximo exceso en todas las soluciones óptimas del problema. Son aquellas con variables duales no nulas. 1 aplicando el algoritmo de Kopelowitz(1967). 2.3. El nucleolo

PARA LOS CÁLCULOS, EL TUGlab http://193.146.47.208/tuglabweb 2.3. El nucleolo

Con TUGlab Otro Juego v({1}) = 0, v({2}) = v({3}) = 0, v({1, 2}) = 5, v({1, 3}) = 7, v({2, 3}) = 4, v({1, 2, 3}) = 10. C(N, v) = {x IR 3 + : x 1 + x 2 5, x 1 + x 3 7, x 2 + x 3 4, x 1 + x 2 + x 3 = 10 } 2.3. El nucleolo

El profesor visitante. Un juego de costes. Tres grupos de investigación pertenecientes a las Universidades de Málaga, Sevilla y Oviedo invitan a un profesor americano a impartir un curso de Teoría de Juegos en sus centros respectivos. Para minimizar el coste de la visita deciden coordinar los cursos y compartir los gastos. Se trata de proponer repartos del coste total del viaje. El coste estimado de visitar las posibles coaliciones es: S {1} {2} {3} {1, 2} {1, 3} {2, 3} N c(s) 1500 1600 1900 1600 2900 3000 3000 (N, c) es un juego de costes. Es subaditivo. C(N, c) = {x IR 3 + : x 1 1500, x 2 1600, x 3 1900, x 1 + x 2 1600, x 1 + x 3 2900, x 2 + x 3 3000, x 1 + x 2 + x 3 = 3000 }. 3. Aplicaciones

El profesor visitante. Un juego de costes. Puede tratarse como un juego de ahorro (N, v), definiendo para S N, v(s) = i S c(i) c(s). S {1} {2} {3} {1, 2} {1, 3} {2, 3} N c(s) 1500 1600 1900 1600 2900 3000 3000 v(s) 0 0 0 1500 500 500 2000 3. Aplicaciones

El profesor visitante. Los repartos. S {1} {2} {3} {1, 2} {1, 3} {2, 3} N c(s) 1500 1600 1900 1600 2900 3000 3000 v(s) 0 0 0 1500 500 500 2000 φ(n, v) φ(n, c) ν(n, v) ν(n, c) 1 833 33 666 66 875 625 2 833 33 766 66 875 725 3 333 33 1566 66 250 1650 3. Aplicaciones

Bibliografía y lecturas Casas B., Fiestras M.G., García I., González J. (2012) Introducción a la Teoría de Juegos. Universidad de Santiago de Compostela. González J., García, Fiestras M.G.(2010) An Introductory Course on Mathematical game Theory. American Mathematical Society. Mirás M.A., Sánchez E.(2008) Juegos Cooperativos con Utilidad Transferible usando MATLAB: TUGlab. Servizo de Publicacions Universidade de Vigo. Pérez J., Jimeno J.L., Cerdá E.(2013) Teoría de Juegos. 2 a Edición. Garceta. Grupo Editorial. Poundstone W. (1995) El Dilema del Prisionero. Alianza Editorial. Thomas L.C. (2003) Games, Theory and Applications. Dover Publications, Inc. 3. Aplicaciones