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数学 如何在复杂问题中绝地求生

数学 如何在复杂问题中绝地求生

东坡

刚走出考场,耳边充斥的总是花式比惨的话语:同桌自称一点没复习,前桌疯狂吐槽题目太难,学霸小王感慨差点没做完……咦,只有自己感觉还不错,甚至觉得挺稳吗?直到试卷发下来,看到同桌考了80分,前桌拿了85分,学霸小王喜提98分,而你,因为59分不及格而被点名批评。你恍然,原来同学间的较劲也暗藏心机。

这其中蕴含的正是博弈。简单来说,博弈可以理解为做决定,要不要疯狂采购、报考什么学校、是否竞争总裁职位……小到菜市场的斤斤计较,大到国家间的寸土必争,生活处处都有博弈。面对复杂的问题,我们如何运用博弈知识绝地求生呢?

“零花钱困境”

假设你和学霸小王是一层楼的邻居,并且同在一个班。学校要统一购买参考书,费用为12元。回家路上,你们发现楼下小卖部新进了一种网红雪糕,售价1元。对于早早用完了零花钱的你们,这1元的雪糕也显得遥不可及。因此你打算告诉父母,参考书是13元一本,这样你就能拥有雪糕,享受清凉的快乐。

可正当你准备向父母开口时,妈妈向你透露了一个消息:今晚她要去小王家串门。这时你就面临了一个困境,你不知道小王要了多少钱买书,但你的父母去串门后肯定会知道。如果你要了13元但小王只要了12元,那你“谎报军情”的事情就会败露,你不仅吃不到雪糕,还会被扣除1元下个月的零花钱。如果你要了12元但小王要了13元,那被扣钱的就会是小王,而作为诚实的奖励,你会获得一支2元的高级雪糕。此时,你应该诚实还是虚报参考书费用呢?

在博弈論中,我们通常将这类问题简化为支付矩阵(Payoffmatrix)的方式来分析,如左图。

支付矩阵中一共有四个格子,每个格子中是你和小王的一种决定及对应收益。左上方的格子,代表你和小王都“谎报军情”,结果均得到13元的情况:红色的1指的是你在此时能获得1元,蓝色的1指小王在此时能获得1元。同理,左下方的格子代表你诚实而小王撒谎,此时,红色的2指的是你获得了2元的高级雪糕奖励,蓝色的-1指小王被扣除了下个月的1元零花钱。

矩阵有了,该如何选择呢?由于你无法和小王沟通,也猜不到小王会怎么做,所以我们要引入一个新的概念来解决问题——重复剔除严格劣战略。

合适的战略=最多的零花钱?

现在有一堵墙,隔绝了你和小王的所有联系,让你无从知道他的决定,因此你需要一个战略来保护自己,并且获得更大收益。有了它,你就能“运筹屋檐之下,胜负一墙之隔”了。

我们再来一起看看右边的支付矩阵。

如上面表格所示,对你而言,当小王撒谎时,诚实的你能获得价值2元的高级雪糕,撒谎的你只能多获得1元。所以当小王撒谎时,诚实是比撒谎更好的选择。而当小王诚实时,撒谎的你会被罚去1元零花钱,诚实的你不会受罚也不会得到奖励。所以当小王诚实时,你的诚实依旧是比撒谎更好的选择。综合来看,无论小王如何抉择,对你来说,诚实都是收益更大的选择,而撒谎是严格劣于诚实的策略。

同样的道理,下面表格,我们站在小王的角度来分析,也能得出结论:无论你是诚实还是撒谎,对小王来说,诚实都是更好的选择。

现在结果出来了:当你和小王都不清楚对方会如何抉择时,最佳的策略是诚实地告诉父母参考书的价格。这个结果就是通过博弈论的方法得到的最优解。

但很明显,其实收益最大的情况是,你和小王都撒谎,这样你们各能获得1元收益,共计2元;而都选择诚实却是0元收益,共计0元。因为条件的限制,运用博弈论,你们只能做出没有收益也不会被惩罚的决策。

囚徒困境

“零花钱困境”实际上是博弈论中经典的囚徒困境的一种形式。

囚徒困境指的是,两名共谋犯罪的人被关入监狱,分开在不能互相沟通的单人牢房内。已有的证据只能让每个人坐1年的牢,不过如果任意一人检举揭发另一个人,而另一方保持沉默,那么揭发方就能戴罪立功,逃离牢狱之灾,而被揭发方会因为证据确凿并且抗拒司法入狱10年。不过,如果双方互相揭发,那么双方都会因确凿的证据而被判刑8年。

对两名囚犯而言,他们的最佳选择和作为团队的最佳选择是什么呢?同学们可以用支付矩阵来分析分析。

结果是不是有点扎心?即便合作对双方都有利,但想要达成并保持合作却困难重重。

或许你会想,有沟通不就能打破困境了吗?不管是获得零花钱,还是减少监禁时间,充分沟通后就能双赢。

真有这么容易吗?

如果下次考试,只要低于最高分60%的分数会被判为不及格,也就是如果最高分是80分,那么及格线就是48分。这时有人给出一个“完美”方案,只要大家都考一样的分数,就能保证全员及格,哪怕大家都是0分!学渣小李听后开心得不行,准备放手一搏,交白卷。但知道了囚徒困境的你,相信大家会统一交白卷吗?以及,你又会交白卷吗?

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