怎样向非专业人士专业地解释「纳什均衡」?

怎样向非专业人士专业地解释「纳什均衡」?

如果张三说剪刀石头布没有稳定解,那他肯定不懂纳什均衡。

但张三反驳:我学过纳什均衡啊,但剪刀石头布哪里来的稳定解?你出布我就出剪刀,你出剪刀我就出石头,你出石头我就出布,哪里稳定了?

我猜张三学的纳什均衡:

要么停在了囚徒困境的案例里,他明白了囚徒困境,但以为那就是全部;

要么直接背下了拓扑学和不动点定理,却没有真正理解纳什均衡是怎么出发的。

张三的问题在于,他虽然似乎学过纳什均衡,但还停留在非常直觉的层面:每一局只能选剪刀、石头或布中的一个。

在专业术语里,这叫纯策略。

如果只允许纯策略,那剪刀石头布确实没有稳定解,因为当对方变了选择,张三就得跟着变,而当张三变了选择,对方又有新选择,如此循环下去,无穷尽也。

纳什均衡真正精妙的一步,就是跳出了纯策略的限制。

它允许张三在三个动作之间分配概率。

于是稳定解就诞生了:

(1/3剪刀,1/3石头,1/3布)。

这类策略在专业术语里叫做混合策略。

纯策略下,张三只能从剪刀石头布里三选一。

用数学的话说,叫做选择是离散的。

混合策略思维下,张三有无穷多种选择,(0剪刀, 0石头,1布)是一种选择,(1/2剪刀, 1/2石头, 0布)是一种选择,(8/17剪刀, 7/17石头, 2/17布)也是一种选择。

用数学的话说,叫做选择是连续的。

从纯策略到混合策略,是张三视角转换的一小步。

把可选择的空间,从离散变成了连续,则是博弈论进化史上的一大步(这是冯诺依曼的贡献)。

看到这,我猜张三应该明白纳什均衡了。

所谓纳什均衡,就是:

在一个博弈中,在给定其他人策略的情况下,每个参与者都已经做出了自己的最优选择。

在这个状态下,任何一个人如果单方面改变自己的策略,都不会让自己变得更好。

因此,没有人有动机单独偏离当前的选择。

而有了混合策略,剪刀石头布就有了它的稳定解,有了它的纳什均衡。

然而张三又问:为什么剪刀石头布的纳什均衡是(1/3剪刀,1/3石头,1/3布)?

因为,如果张三的概率分配不平均,例如给剪刀多分配了一些,对手就会专出石头。

张三发现对方专出石头,如果他也跟着专出布,这就又是一个「循环下去,无穷尽也」的故事。

只有张三把三个概率都调整为1/3时,对手也没有了改进的空间,这时候的解,才能稳定下来。

张三的问题又来了:存在这么一个稳定解,是剪刀石头布这个游戏特殊情况,还是放之四海而皆准的普遍现象?

真正让纳什拿下诺贝尔经济学奖的,正是对张三的这个问题的回答。

从纯策略到混合策略,张三的可选范围从原来的剪刀、石头、布三个点,变成了所有概率组合构成的一个面。

张三的对手们,也都有这样一个面。

每个人都会在自己的面里,找到对自己最有利的那个点。

把每个人选择的那个点列出来,我们就得到了一串策略,术语叫做:构成了一个策略组合。

张三要的稳定解,实际上就是这样一个策略组合:每个人的策略,恰好都是对其他所有人策略的最优回应。

具体来说:

1、在这个策略组合上,张三已经是最优回应别人;

2、别人对张三也是最优回应;

3、谁都没有理由离开他们自己所选择的策略。

这个互相锁定的状态,就是让整个系统稳定的解,就是纳什均衡。

而纳什证明了,一般情况下,这样的互相锁定一定存在。

那这里的一般情况下,到底是个什么情况呢?

纳什证明,博弈只需要满足下面三个数学条件:

1、张三可以进行任意微小的调整,从张三的可选择的面上的一点移动到任意另一点,所经过的点也都在面上。术语叫做凸性(任意两点连线仍在集合内)。

2、当张三对自己的策略进行了很微小的调整,对他的结果的影响也是微小的。术语叫做连续性(微小调整带来微小变化)。

3、这个面有边界。术语叫做紧性(有边界且包含边界)。

数学就保证:这样的互相锁定一定存在。

而在参与者有限和纯策略数有限的情况下,博弈天然满足这三个条件。

张三的问题来了:数学拿什么来保证?

数学上保证这个点存在的理论,叫做不动点定理。

所谓不动点,就是经过某个操作之后,还在原地的那个点。

所有人都从自己可选的面上的一个点出发,找到当前局面下对自己最有利的那个点。

如果这个过程把任意一个人带到了一个新的点,那原来的点就不是均衡。

但如果所有人都发现,对自己最有利的点,刚好就是自己当前站着的这个点,那这个点就是不动点。

张三没有理由离开它,别人也没有理由离开它,这就构成了纳什均衡。

所以,是否存在纳什均衡这个问题,在数学上就转换成了:这个找最优点的过程,是否至少存在一个不动点。

纳什1950年那篇著名的论文,就是把博弈的局面精确地翻译成了这套数学语言,然后说:

根据角谷静夫(Kakutani)1941年的对不动点定理的证明可知,均衡点存在。

还有一个前面没说但大家都知道的是,纳什均衡是稳定解,但不是全局最优解。

就像囚徒困境中,对两个理性的囚徒来说,全局最优解是双方保持沉默啥也别说。

但是全局最优解并不是这个系统的稳定解。

两个理性的囚徒,把什么都说了。

讲完张三的剪刀石头布,现在我们穿越到公元221年的夷陵之战前夕,来看看孙权和曹丕的剪刀石头布。

孙权刚杀了关羽,占了荆州,迎面而来的是刘备的复仇大军,背后则是刚受禅的曹丕,虎视眈眈。

他面临一个选择:称臣,还是不称臣?

如果他不称臣,他将陷入两线作战:

西线打刘备,北线防曹丕。

曹丕的最优反应是南下趁火打劫,这是孙权最坏的结局。

但孙权递上降表,曹丕就得重新决策了。

曹丕刚篡位不久,接受孙权称臣有助于坐实「天下归心」的政治合法性,这个无形资产的价值,可能超过了仓促南下的军事收益。

所以孙权称臣后,曹丕的最优反应从南下滑向了按兵不动:封孙权为吴王,坐看孙刘互耗。

在这个状态下,曹丕没有动机单方面改变策略:南下摘桃子的收益,被背盟成本、军事风险和合法性收益重新加权后,不如按兵不动划算。

孙权也没有动机单方面改变策略:不称臣就意味着两线作战。

这就是纳什均衡:孙权的最优反应是称臣,曹丕的最优反应是按兵不动。谁先偏离,谁就输。

张三可能会说:这算哪门子最优?孙权丢了面子,曹丕也没能开疆拓土。

没错。纳什均衡不保证是全局最优解,它只保证:在这个点上,没有人有动机单独离开。

就像囚徒困境里的两个囚徒都选择招供:不是最好的结局,但谁都不敢不说话。

称臣是孙权的最优反应。

接受称臣并按兵不动,是曹丕的最优反应。

两个最优反应互相锁定,就是纳什均衡。

本文是我正在写的《三国经济学》的第35篇:

大魏吴王!纳什《Equilibrium Points in N-person Games》!

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