Τετάρτη 2 Απριλίου 2014

Μοίρασμα του κέικ

Ο απλούστερος τύπος παιχνιδιού είναι το παιχνίδι μηδενικού αθροίσματος για δύο παίκτες και δύο στρατηγικές - ένα παιχνίδι στο οποίο δύο απόλυτα λογικοί παίκτες παίζουν με σκοπό να κερδίσουν, οπότε το σύνολο του κέρδους είναι 0, δηλαδή ό,τι κερδίζει ένας παίκτης το χάνει ο άλλος. Ένα διασκεδαστικό παράδειγμα είναι γνωστό ως το παιχνίδι «μοίρασμα του κέικ». Ένα κοινό σενάριο σε πολλά νοικοκυριά είναι η διαίρεση ενός κέικ ανάμεσα σε δύο παιδιά, ώστε κανένα από τα δύο να μην νιώθει ότι το άλλο έχει πάρει μεγαλύτερο κομμάτι. Η λύση είναι μία διαδικασία δύο βημάτων: το ένα παιδί κόβει το κέικ στη μέση και το δεύτερο επιλέγει πρώτο το κομμάτι του.
Και τα δύο παιδιά θα θέλανε το μεγαλύτερο κομμάτι, αλλά βλέποντας λογικά ότι το κάθε παιδί αναγνωρίζει τη λαιμαργία του άλλου, υπάρχει μία βέλτιστη λύση. Το πρώτο παιδί πρέπει να κόψει το κέικ με τον πιο δίκαιο τρόπο που μπορεί, γιατί εάν το ένα κομμάτι είναι πολύ μεγαλύτερο, τότε το δεύτερο παιδί αναμφίβολα θα διαλέξει αυτό. Η αποκαλούμενη θεωρία ελαχίστου-μεγίστου (minimax) που ανέπτυξε ο φον Νόυμαν λέει ότι υπάρχει ένα «σημείο αυχένα» ή βέλτιστη λύση, όπου και οι δύο παίκτες θα είναι εξίσου ικανοποιημένοι. Η θεωρία επεκτάθηκε για να περιλάβει πάνω από δύο παίκτες και καθώς αυξανόταν ο αριθμός των παικτών, η εφαρμογή της θεωρίας γινόταν όλο και πιο δύσχρηστη. 

4 σχόλια:

  1. Με αφορμή το ωραίο θέμα της ανάρτησης, προτείνω σε όσους ενδιαφέρονται την εξής παραλλαγή του προβλήματος της μοιρασιάς του κέικ:
    Υποθέστε ότι τα δύο παιδιά, η Άννα και ο Βασίλης, έχουν να μοιραστούν, αντί για κέικ, μια τούρτα παγωτού, με την ακόλουθη διαδικασία:
    Προτείνει η Άννα στο Βασίλη έναν τρόπο μοιρασιάς. Αν ο Βασίλης δεχτεί την πρόταση της Άννας, τα παιδιά μοιράζονται την τούρτα σύμφωνα με την πρόταση της Άννας, ενώ αν δε δεχτεί, θα κάνει ο Βασίλης πλέον μια πρόταση στην Άννα. Η διαδικασία συνεχίζεται με τα παιδιά να εναλλάσσονται στη θέση του προτείνοντος και σταματάει όταν το ένα παιδί δεχτεί την πρόταση του άλλου. Υπάρχει όμως μία σημαντική λεπτομέρεια. Όσο οι προτάσεις και αντιπροτάσεις των παιδιών δεν καταλήγουν σε συμφωνία, η τούρτα λιώνει με σταθερό ρυθμό και έτσι μειώνεται σταδιακά το αντικείμενο της μοιρασιάς. Αν ξέρουμε ότι η τούρτα λιώνει και χάνεται εντελώς μετά από ν άγονες προτάσεις της Άννας ή του Βασίλη, πώς και πότε περιμένουμε να συμφωνηθεί η μοιρασιά;
    Δεχόμαστε ότι οι χρόνοι των προτάσεων και αντιπροτάσεων που θα χρειαστεί να γίνουν μέχρι να επιτευχθεί συμφωνία είναι ίσοι μεταξύ τους.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Θανάση, ενδιαφέρουσα η παραλλαγή που προτείνεις. Θα κάνω μια απόπειρα:
    Έστω πως σε κάθε γύρο λιώνει 1 μέρος από ν συνολικά μέρη και έστω ε το ελάχιστο κομμάτι που μπορούν να διακρίνουν οι παίκτες.
    Αν είχε μείνει μόνο 1 μέρος τότε ο παίκτης που θα είχε την πρόταση θα πρότεινε για τον εαυτό του 1-ε μέρη και για τον άλλον ε, δηλαδή ψίχουλα. Η πρότασή του θα γινόταν αποδεκτή γιατί αν δεν γινόταν δεν θα έπαιρνε κανείς τίποτα.
    Αν είχαν μείνει 2 μέρη τότε ο παίκτης που έχει την πρόταση θα πρότεινε 1 μέρος για τον καθένα και η πρότασή του θα γινόταν αποδεκτή γιατί αν δεν γινόταν στον επόμενο γύρο ο παίκτης που την απέρριψε θα πάρει 1-ε μέρη βάσει του προηγούμενου συλλογισμού.
    Συνεχίζοντας αυτόν τον συλλογισμό, καταλήγω στο εξής συμπέρασμα: Αν το ν είναι άρτιο τότε ο παίκτης που έχει την πρόταση θα πρέπει να προτείνει ν/2 μέρη για τον καθένα και η πρότασή του θα γίνει αποδεκτή. Αν το ν είναι περιττό τότε ο παίκτης που έχει την πρόταση θα πρέπει να προτείνει (ν+1)/2 -ε για τον εαυτό του και (ν-1)/2 + ε για τον άλλον παίκτη και η πρότασή του θα γίνει πάλι αποδεκτή.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. Ακριβώς Πάνο και συγχαρητήρια για τη θαυμάσια αιτιολόγηση / απόδειξη!.
    Αν λοιπόν η τούρτα έλιωνε εντελώς μετά από την πρώτη άρνηση του Βασίλη (ν=1), η Άννα θα είχε απόλυτο πλεονέκτημα έναντι του Βασίλη, αφού σε απόρριψη της όποιας πρότασής της, δε θα υπήρχε καν αντικείμενο μοιρασιάς για τη συνέχεια. Γνωρίζοντάς το αυτό η Άννα, το μόνο που έχει να κάνει είναι να προτείνει για τον εαυτό της ολόκληρη την τούρτα, προσφέροντας στο Βασίλη οτιδήποτε πάνω από το τίποτα, π.χ. ένα κερασάκι ή τη δυνατότητα να γλείψει το μαχαίρι στο τέλος. Αν όμως υπήρχε και δεύτερος γύρος (ν=2), τότε μετά από τυχόν αρχική άρνηση του Βασίλη, το πλεονέκτημα έρχεται στη δική του μεριά, τώρα όμως στο τραπέζι υπάρχει μόνο η μισή τούρτα. Γνωρίζοντας αυτό η Άννα, ξέρει ότι αν στην αρχική της πρόταση προσφέρει κάτι λιγότερο από τη μισή τούρτα στο Βασίλη, ο Βασίλης θα αρνηθεί και στο τέλος θα είναι εκείνη που θα γλείψει το μαχαίρι. Κάπως έτσι αναλύεται η κατάσταση και για ν=3, 4, 5 κ.ο.κ. και καταλήγουμε στο αποτέλεσμα που έδωσε ο Πάνος.
    Το σημαντικό στοιχείο που προκύπτει από την ανάλυση της κατάστασης είναι ότι η διαδικασία των διαπραγματεύσεων τελειώνει χωρίς καν να αρχίσει. Το σημείο-κλειδί εδώ είναι η αρχή της ‘πρόβλεψης της απόκρισης του αντιπάλου και της χρησιμοποίησης αντίστροφης συλλογιστικής’, δηλαδή το νοερό ξετύλιγμα, στα μυαλά των παιχτών, της διαδικασίας διαπραγμάτευσης από το τέλος προς την αρχή. Το αποτέλεσμα της διαδικασίας είναι επομένως καθορισμένο ήδη από το στάδιο όπου τίθενται οι κανόνες διαπραγμάτευσης και όχι από τη διαπραγμάτευση καθ’ εαυτή, η οποία είναι περιττή.
    Φυσικά, η πραγματικότητα είναι πάντα πολυπλοκότερη από το πιο πάνω ιδεατό μοντέλο και γι αυτό σε πιο ρεαλιστικές καταστάσεις, όπως π.χ. διαπραγματεύσεις εργοδοτών με συνδικάτα, οι συμφωνίες δεν είναι πάντα εύκολες και συχνά οι διαπραγματεύσεις καθυστερούν ή και καταρρέουν, με συνέπεια τις απεργίες, την απώλεια κερδών, μισθών κ.ά. (το ανάλογο του λιωσίματος της τούρτας).

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  4. Συμφωνώ κι εγώ πως στην πραγματικότητα οι διαπραγματεύσεις είναι πολύ πιο δύσκολες και απρόβλεπτες. Για παράδειγμα στην περίπτωση όπου ν=1, αν η Άννα μου πρότεινε να πάρει αυτή το κομμάτι που μένει και εγώ να γλύψω το μαχαίρι, τότε θα της απαντούσα πως προτιμώ να λιώσει η τούρτα και να μην φάει κανείς τίποτα.
    Μια ανάλυση του αρχικού προβλήματος που έθεσε ο κ. Ρωμανίδης, έχω δημοσιεύσει εδώ.

    ΑπάντησηΔιαγραφή