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1、博弈论：原理、模型与教程第二部分完全信息动态博弈第 6 章 扩展式博弈（已精细订正！ ）对博弈问题的规范性描述是科学、系统地分析博弈问题的基础。前面介绍了一种常用的博弈问题描述方式战略式博弈 ，虽然这种博弈模型结构简单，只要给出博弈问题的三个基本构成要素（即参与人 、参与人的战略集及参与人的支付 ），就可完成对博弈问题的建模。但是，由于战略式博弈假设每个参与人仅选择一次行动或行动计划（战略），并且参与人同时进行选择，因此从本质上来讲战略式博弈是一种静态模型，一般适用于描述不需要考虑博弈进程的完全信息静态博弈问题。虽然战略式博弈也可以对动态博弈问题进行建模，但是从所得到的模型中只能看到博弈的结果
2、，而无法直观地了解到博弈问题的 动态特性。本章将介绍一种新的博弈问题描述方式 扩展式博弈 。从扩展式博弈模型中，不仅可以看到博弈的结果，而 且还能直观地看到博弈的进程 。在介绍扩展式博弈构成的基础上，还将对扩展式博弈的战略和解进行讨论。6.1扩展式博弈（文字描述、博弈树描述）所谓扩展式博弈（ extensive form game ），是博弈问题的一种规范性描述。与战略式博弈侧重博弈结果的描述相比，扩展式博弈更注重对参与人在博弈过程中所遇到决策问题的序列结构的详细分析。一般而言，要了解一个博弈问题的具体进程，就必须弄清楚以下两个问题：（ 1 ）每个参与人在什么时候行动（决策、选择） ；（ 2
3、）每个参与人行动时， 他所面临决策问题的结构， 包括参与人行动时可供他选择的 行动方案 及所了解的信息（集）。 注：行文中频繁出现的“行动”一词，有两义：其一，动词的“行动” ，指选择、决策。其二，名词的“行动” ，指策略、战略、谋略、行动方案、方案。上述两个问题构成了参与人在博弈过程中所遇到决策问题的序列结构 。 对于一个博弈问题，如果能够说清楚博弈过程中参与人的决策问题的序列结构 ，那么就意味着知道了博弈问题的具体进程 。1定义 6 1扩展式博弈包括以下要素：（1 ）参与人集合1,2,., n ；（ 2 ）参与人的行动顺序，即每个参与人在何时行动；（ 3 ）每个参与人行动时面临的决策问题，
4、 包括参与人行动时可供他选择的行动方案及他所了解的信息（集）；（ 4 ）参与人的支付函数，即博弈结束时每个参与人得到的博弈结果。从上述定义可以看到： 如果要用扩展式博弈对一个博弈问题进行建模（或者描述） ，那么除了要说明博弈问题所涉及的参与人及每位参与人的支付函数以外，还必须对博弈过程中参与人所遇到的决策问题的序列结构进行详细的解释，说清楚每个参与人在何时行动，以及参与人行动时可供选择的行动方案和所了解到的信息。【例 6-1 】 考察一个“新产品开发博弈” 。试用 扩展式博弈 对两个企业都知道市场需求且企业 同时决策 的博弈情形，即完全信息静态的“新产品开发博弈”进行建模。企业 2不开发，获利
5、润800万元需求大300元开发（ a）: 投入 2000元资金企业 2开发，获利润企业 不开发，获利润万元企业 12200需求小企业 2开发，赔 400万元不开发（ b）：不投入资金，利润 为 0。图 1-1新产品开发的投入 - 产出图解：文字描述如下：根据定义6-1 ，完全信息静态的“新产品开发博弈”的扩展式博弈包括以下要素：（ 1 ）参与人是企业 1 和企业 2 ；（ 2 ）两个企业同时行动，即同时选择产量；（ 3 ）每个企业行动时有两种选择“开发”和“不开发”，并且每个企业行动时不知道对方的选择1；（ 4 ）两个企业的支付如图 1-1 所示。1注意， 虽然此时每个企业都不知道对方的选择，
6、但用扩展式博弈进行建模时仍然假设参与人都同时看到了图1-1 所示的投入 -产出图，即图1-1 对两个企业来说为共同知识 。2企业 2不开发，获利润800万元需求大300元开发（ a）: 投入 2000元资金企业 2开发，获利润企业 不开发，获利润万元企业 12200需求小企业 2开发，赔 400万元不开发（ b）：不投入资金，利润 为 0。图 1-1新产品开发的投入 - 产出图【例 6-2 】继续考察“新产品开发博弈”。试用 扩展式博弈 对两个企业都知道市场需求且企业1 先决策，企业 2 观测到企业1 的选择后再进行选择的博弈情形，即完全信息动态的“新产品开发博弈”进行建模。解：文字描述如下：
7、根据定义6-1 ，完全信息动态的“新产品开发博弈”的扩展式博弈包括以下要素：（ 1 ）参与人是企业 1 和企业 2 ；（ 2 ）企业 1 先行动，企业 2 后行动；（3 ）企业 1 行动时有两种选择“开发 ”和“ 不开发 ”，企业1 行动时不知道企业2 的行动；企业2 行动时有两种选择“ 开发 ”和“ 不开发 ”，但企业 2 行动时已经知道企业1 的行动；（4 ）两个企业的支付仍然有如图1-1 所示。上述两个例子中，用文字描述 的方法给出了博弈问题的扩展式描述。对于一些简单的博弈问题，这种文字表述的方法也许是简单可行的。但可以想象，如果遇到的是更为复杂的博弈问题，如参与人人数大于2 ，每个参与
8、人可以多次行动且每次行动时可供选择的行动方案不同等，文字描述所给出的模型就会显得繁冗拖沓，极不直观，因此需要寻找一种简便易行的扩展式博弈的描述方式。下面就以“新产品开发博弈”为例，介绍一种不仅简单方便，而且十分直观的扩展式博弈的描述方式博弈树 。所谓博弈树 ，就是由 结和有向枝 构成的 “有向树”。图 6-1 给出的是当市场需求为大时，完全信息动态的“新产品开发博弈”的博弈树。在图 6-1 所示的博弈树中，最上端的一个点x1 ( 用空心圆表示 ) 表示 博弈的开始 ，将“企业 1”标示在点 x1 上，表示博弈开始于企业 1的选择。企业1 的选择有“开发”和“不开发” ，分别用标有“开发”和“不
9、开发”的 有向枝 表示。若企业1 选择“开发” ，则博弈从点 x1 达到 x2 （用实心圆表示 ）；若企业 1 选择“不开发” ，则博弈从点x1 达到点 x3 （用实心圆表示 ）。点 x2 （或 x3 ）上标有“企业2”，表示企业2在博弈到达点x2 （或 x3 ）时，即企业1 选择“开发” （或“不开发” ）后，再进行选择；企业2 的行动也3有“开发”和“不开发”，同样分别用标有“开发”和“不开发”的有向枝 表示。若企业2 选择“开发” ，则博弈从点 x2 （或 x3 ）达到点 x4 （或 x6 ）（都用实心圆表示） ；若企业 2 选择“不开发”，则博弈从点 x2（或 x3 ）达到点 x5 （
10、或 x7 ）（都用实心圆表示） 。由于企业 2 选择后博弈结束， 因此点 x4 、 x5 、 x6 和 x7都表示博弈的结束。在点x4 、 x5 、 x6 和 x7 旁标有 支付向量 ，表示博弈达到该点时企业的所得。其中，支付向量中的第一个数字表示企业1 的所得，第二个数字表示企业2 的所得 1 。企业 1开发x1不开发企业 2x2x3企业 2开发不开发开发不开发x4x5x6x7(300,300)(800,0)(0, 800)(0,0)图 6-1 博弈树图 6-1 中，点 x1 、 x2 、 x3 、 x4 、 x5 、 x6 和 x7 称为博弈树的结（ node），其中标有参与人（即企业）的
11、结 x1 、 x2 和 x3 称为 决策结（ decisionnode） , 表示参与人在此选择行动；标有支付向量的结x4 、x5 、 x6 和 x7 表示博弈结束，称为终点结（ terminal node）。在决策结中，决策结x1 表示博弈的开始，亦称为 博弈树的初始结或根（ root ）。结与结的连线称为博弈树的枝（branch ），表示博弈从枝的一个结达到另一个结参与人需要选择的行动。例如，博弈从决策结x1 达到 x2 ，需要企业 1 选择行动“开发” ，所以在连接 x1 和 x2 的枝上标有行动“开发” 。在博弈树中， 枝是有向的 ，表示博弈只能从枝的一个结达到另一个结。例如，在连接x
12、1 和 x3 的枝上，标有行动“不开发” ，表示当企业 1 选择“不开发”时，博弈从x1 达到 x3 ，因此连接 x1 到 x3 的枝的方向是从x1 指向 x3 。1 一般情形下，支付向量中数字的顺序与博弈树中参与人的行动顺序相对应。4通过以上介绍，再考察图6-1 中的博弈树，可以得到这样的信息：（ 1 ）博弈中的参与人是企业 1 和企业 2 ；（ 2 ）博弈中企业 1 先选择，企业 2 后选择；（ 3 ）企业 1 选择时有行动“ 开发” 和“不开发”，企业 2 选择的行动有 “开发” 和“不开发”；（ 4 ）博弈中企业的支付。也就是说 ，除了“ 企业 2 行动时是否观测到企业1 的选择 ”这一点暂时无法从图6-1 中知道以外，完全信息动态的“新产品开发博弈”的扩展式描述所需要的信息（或要素）都可以从图6-1 中得到。如果还能够直接从博弈树中知道“企业 2 行动时是否观测到企业1 的选择”，那么给出博弈树，就意味着给出了完全信息动态的“新产品开发博弈”的扩展式描述。下面探讨如何在博弈树中，将“企业2 行动时是否观测到企业1 的选择”这一 信息表示出来。在完全信息动态的“新产品开发博弈”中，企业 2 决策时企业 1 已经做出选择，此时企业2 面临的决策情形无非只有 以下两种 ：第一种：企业2 知道企业1 的选择；第二种：企业2 不知道企业 1的选择。
