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在一种石头剪刀布的变体中,用布赢得 5 分,用石头赢得 1 分,用剪刀赢得 2 分,输的一方得相应的负分。玩家应采用什么混合策略?这个博弈的值是多少?

Question

在一种石头剪刀布的变体中,赢家若是用布赢的得 55 分,用石头赢的得 11 分,用剪刀赢的得 22 分;输家得同样数额的负分,平局得 00 分。玩家应当采取什么混合策略?这个博弈的值是多少?

Step-by-step solution

  1. 先写出支付矩阵。 设行方以概率 pp、qq、rr 分别出石头、布、剪刀,其中 p+q+r=1p+q+r=1 且都非负。布克石头(+5+5),石头克剪刀(+1+1),剪刀克布(+2+2),输的一方取负值。这个博弈是零和且对称的——双方面对同一个矩阵——单凭这一点就能断定它的值必为 00。

  2. 算出行方面对每种纯策略回应时的期望收益。

    E石头=0⋅p+5q−1⋅r=5q−r,E_{\text{石头}}=0\cdot p+5q-1\cdot r=5q-r,
    E布=−5p+0⋅q+2r=−5p+2r,E_{\text{布}}=-5p+0\cdot q+2r=-5p+2r,
    E剪刀=1⋅p−2q+0⋅r=p−2q.E_{\text{剪刀}}=1\cdot p-2q+0\cdot r=p-2q.

  3. 加上无差异条件。 在混合均衡下,对手对三种回应必须无差异,否则他就会改出最优的那一种来占我们便宜。于是

    5q−r=−5p+2r=p−2q=v,5q-r=-5p+2r=p-2q=v,

    再配上 p+q+r=1p+q+r=1。这条“让对手无差异”的原理就是整套方法的全部。

  4. 解这个线性方程组。 由 5q−r=p−2q5q-r=p-2q 得 p=7q−rp=7q-r。代入 p+q+r=1p+q+r=1:

    (7q−r)+q+r=8q=1  ⟹  q=18.(7q-r)+q+r=8q=1\;\Longrightarrow\;q=\tfrac18.

    由 5q−r=−5p+2r5q-r=-5p+2r 得 5p+5q=3r5p+5q=3r;把 p=78−rp=\tfrac78-r 代入化为 358−5r+58=3r\tfrac{35}{8}-5r+\tfrac58=3r,于是 8r=58r=5,r=58r=\tfrac58,从而 p=78−58=14.p=\tfrac78-\tfrac58=\tfrac14.

  5. 读出博弈值并验证。 代入三个表达式中的任意一个,得 v=p−2q=14−14=0v=p-2q=\tfrac14-\tfrac14=0。三个都核一遍:5q−r=58−58=05q-r=\tfrac58-\tfrac58=0 ✓,−5p+2r=−54+54=0-5p+2r=-\tfrac54+\tfrac54=0 ✓,p−2q=0p-2q=0 ✓,且 p+q+r=28+18+58=1p+q+r=\tfrac28+\tfrac18+\tfrac58=1 ✓。值为 00,印证了第一步的对称性论证。

  6. 解读这组权重。 剪刀出得最多(58\tfrac58),尽管用它赢只得 22 分——因为剪刀正好克制布,而布是对手收益最高的武器,必须把它压住。得分最高的布反而出得最少(18\tfrac18)。在这类无差异均衡里,一步棋的概率反映的是“对手的最优选择需要被压制到什么程度”,而不是这步棋自身能得多少分。

Answer

p石头=14,p布=18,p剪刀=58,v=0p_{\text{石头}}=\tfrac14,\quad p_{\text{布}}=\tfrac18,\quad p_{\text{剪刀}}=\tfrac58,\quad v=0

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