Графический способ решения игр.

Задачу 2х2 можно решить графически.

Возьмем участок оси абсцисс длиной 1 (см. рис. 1). Левый конец участка (точка с абсциссой х= 0) будет изображать стратегию А₁; правый конец участка (х= 1) — стратегию А₂. Проведем через точки А₁ и А₂ два перпендикуляра к оси абсцисс: ось I — I и ось II — II. На оси I — I будем откладывать выигрыши при стратегии А₁, на оси II — II —выигрыши при стратегии А₂.

Рис. 1

Рассмотрим стратегию противника В₁, она дает две точки на осях I — I и II — II с ординатами соответственно а₁₁ и а₂₁. Проведем через эти точки прямую В₁В₁. Очевидно, если мы при стратегии противника B₁ будем применять смешанную стратегию, то наш средний выигрыш, равный в этом случае , изобразится точкой М на прямой В₁В₁; абсцисса этой точки равна р₂. Прямую В₁В₁, изображающую выигрыш при стратегии B₁ будем условно называть «стратегией B₁».

Очевидно, точно таким же способом может быть построена и стратегия В₂ (см. рис. 2).

Нам нужно найти оптимальную стратегию игрока А, т. е. такую, для которой минимальный выигрыш (при любом поведении В) обращался бы в максимум. Для этого построим нижнюю границу выигрыша при стратегиях B₁ B₂, т. е. ломаную B₁NB₂, отмеченную на рис. 2 жирной линией. Эта нижняя граница будет выражать минимальный выигрыш игрока А при любых его смешанных стратегиях; точка N, в которой этот минимальный выигрыш достигает максимума, и определяет решение и цену игры. Нетрудно убедиться, что ордината точки N есть цена игры v, а ее абсцисса равна р₂ — частоте применения стратегии А₂ в оптимальной смешанной стратегии игрока А.

Рис. 2.

В нашем случае решение игры определялось точкой пересечения стратегий. Однако это не всегда будет так; на рис. 3 показан случай, когда, несмотря на наличие пересечения стратегий, решение дает для обоих игроков чистые стратегии (А₂ и В₂), а цена игры v = a₂₂ В данном случае матрица имеет седловую точку, и стратегия А₁ является заведомо невыгодной, т. к. при любой чистой стратегии- противника она дает меньший выигрыш, чем А₂.

Рис. 3.

В случае, когда заведомо невыгодная стратегия имеется у противника, геометрическая интерпретация имеет вид, представленный на рис.4.

Рис. 4.

В данном случае нижняя граница выигрыша совпадает со стратегией В₁; стратегия В₂ для противника является заведомо невыгодной. Геометрическая интерпретация дает возможность представить наглядно также нижнюю и верхнюю цены игры (рис. 5).

Рис. 5.

Мы убедились, что любая игра 2x2 может быть решена элементарными приемами. Совершенно аналогично может быть решена любая игра 2х n, где у нас имеются всего две стратегии, а у противника — произвольное число.

Пусть мы располагаем двумя стратегиями: A₁ A₂, а противник — n стратегиями: B₁,B₂,...,В_n. Матрица || a_ij || задана; она состоит из двух строк и n столбцов. Аналогично случаю двух стратегий дадим задаче геометрическую интерпретацию; n стратегий противника изобразятся n прямыми (рис. 6). Строим нижнюю границу выигрыша (ломаную B₁MNB₂ и находим на ней точку N с максимальной ординатой. Эта точка дает решение игры; ордината точки N равна цене игры v, а абсцисса равна частоте р₂ стратегии А₂.

В данном случае оптимальная стратегия противника получается применением смеси двух «полезных» стратегий: В₂ и B₄, пересекающихся в точке N. Стратегия В₃ является заведомо невыгодной, а стратегия В₁ —невыгодной при оптимальной стратегии игрока А. Если А будет придерживаться своей оптимальной стратегии, то выигрыш не изменится, какой бы из своих «полезных» стратегий ни пользовался В, однако, он изменится, если В перейдет к стратегиям В₁ или В₃.

В теории игр доказывается, что у любой конечной игры m x n имеется решение, в котором число «полезных» стратегий той и другой стороны не превосходит наименьшего из двух чисел m и n.

Рис. 6.

В частности, из этого следует, что у игры 2 x m всегда имеется решение, в котором с той и другой стороны участвует не более двух, «полезных» стратегий.

Пользуясь геометрической интерпретацией, можно дать простой способ решения любой игры 2 x m. Непосредственно но чертежу находим пару «полезных» стратегий противника B_j и В_k, пересекающиеся в точке N (если в точке N пересекается более двух стратегий, берем любые две из них). Мы знаем, что если игрок А придерживается своей оптимальной стратегии, то выигрыш не зависит от того, в какой пропорции применяет В свои «полезные» стратегии, следовательно, Из этих уравнений и условия , находим р₁, р₂ и цену игры v.

Зная цену игры, можно сразу определить оптимальную стратегию игрока В. Для этого решается, например, уравнение: , где .

Рис. 7.

В случае, когда мы располагаем m стратегиями, а противник — всего двумя, очевидно, задача решается совершенно аналогичным способом; достаточно заметить, что, изменяя знак выигрыша на обратный, можно превратить игрока А из «выигрывающего» в «проигрывающего». Можно решить игру и без перемены знака выигрыша; тогда задача решается непосредственно для В, но строится не нижняя, а верхняя граница выигрыша (рис. 7). На границе ищется точка N с минимальной ординатой, которая и есть цена игры v.