Max min -teoria

Ilkka Virtanen

Johdanto

Nyt kohteena olevassa työssä tarkastellaan seuraavanlaista käytännössä usein esille tulevaa tilannetta. On kaksi osapuolta, pelaajaa, joiden edut joutuvat tietyssä tilanteessa keskenään ristiriitaan. Pelaajat joutuvat tekemään kumpikin ratkaisun, siirron, ja tehtävänä on tutkia, millaisia ratkaisujen tulisi olla, jotta kumpikin osapuoli pääsisi mahdollisimman hyvään lopputulokseen.

Tässä työssä oletetaan tilanne erityisesti seuraavanlaiseksi. On olemassa tietty kohde, johon liittyy pelaajien ratkaisuista riippuva funktio, ns. päätösfunktio. Ensimmäinen pelaaja P1 yrittää saada päätösfunktion arvon mahdollisimman suureksi, pelaaja P2 taas mahdollisimman pieneksi. Oletetaan edelleen, että P1 joutuu tekemään siirtonsa ensin ja että pelaajalla P2 on ratkaisua tehdessään pelaajan P1 siirto tiedossaan.

Käytetään päätösfunktiosta merkintää F(x_,y_), missä x_ = (x1,x2,...,xn) ja y_ = (y1,y2,...,yn) ovat pelaajien P1 ja P2 valitsemia menettelytapoja eli strategioita. Kummankin pelaajan strategia koostuu siis n:stä eri komponentista. Valitsemalla nämä eri komponentit sopivaan keskinäiseen suhteeseen pelaajat pyrkivät parhaaseen mahdolliseen tulokseen. Strategioiden komponentit voivat olla sotilaallisissa sovellutuksissa esim. eri asetyyppejä, kohteita puolustavien tai kohteeseen hyökkäävien joukkojen miesvahvuuksia; yrityksen tuotantoprosessissa ne voivat olla esim. valmistettavia tavaramääriä. Päätösfunktio voi edellä mainituissa tapauksissa kuvata kohteelle aiheutuvaa vahinkoa tai tuotantoprosessin tuottamaa hyötyä.

Päätösfunktiosta F(x_,y_) oletetaan, että se on ainakin jatkuva. Usein oletetaan myös derivaattojen olemassaolo. Strategiat x_ ja y_ oletetaan n-ulotteisen euklidisen avaruuden Rn reaaliarvoisiksi vektoreiksi. Useimmiten pelaajat joutuvat valitsemaan strategiansa tietystä rajoitetusta joukosta, sillä käytettävissä olevat miesvahvuudet, taloudelliset seikat ym. asettavat rajoituksia tehtävälle valinnalle.

Kun pelaaja P1, joka haluaa maksimoida päätösfunktion F(x_,y_) arvon, valitsee hänelle mahdollisista strategioista tietyn strategian x_, on hänen varauduttava siihen, että P2 saa tietoonsa tämän valinnan ja toimii sen mukaan, ts. valitsee hänelle avoinna olevista strategioista sen strategian y_, jolla saavutetaan min_y_F(x_,y_). Tuloksena on P1:n valinnasta x_ riippuva funktio

(1) f(x_) = min_y_F(x_,y_).

Pelaajan P1 on siis alussa valittava x_ siten, että f(x_) saavuttaa suurimman mahdollisen arvonsa. Hän siis valitsee sellaisen strategian x_, jolla

(2) max_x_f(x_) = max_x_min_y_F(x_,y_)

saavutetaan. Tehtävänä on siis etsiä yhtälön (2) oikean puolen ilmoittama funktion arvo ja ne strategiat x_ ja y_, jotka tähän johtavat. Tästä tilanteesta on koko esitys saanut nimensä.

Jos funktio F(x_,y_) on luonteeltaan sellainen, että

(3) max_x_min_y_F(x_,y_) = min_y_max_x_F(x_,y_),

eli että pelaajien P1 ja P2 siirtojärjestys ei vaikuta lopputulokseen, on kyseessä tavallinen peliteoreettinen tehtävä, jolla on puhdasstrategia -ratkaisu. Jos kuitenkin on

(4) max_x_min_y_F(x_,y_) < min_y_max_x_F(x_,y_),

jolloin lopputulos riippuu ratkaisevasti pelaajien siirtojärjestyksestä, eivät tavallisen peliteorian avulla saadut ratkaisut päde. Nämä ratkaisuthan ovat sekastrategiaratkaisuja. Tällainen menettely ei nyt kuitenkaan tule kysymykseen, sillä P1 tietää P2:n seuraavan, minkä valinnan hän tekee. Pelaajalla P2 on siis valintaa tehdessään P1:n siirto x_ tiedossaan ja hänen tarvitsee vain valita y_ siten, että (1) toteutuu. Tutkimuksessa esitetään joukko lemmoja ja lauseita, joiden perusteella on monessa tapauksessa mahdollista ratkaista tyyppiä (4) oleva tehtävä. Kehitettyä koneistoa sovelletaan kahden sotilaallisen taustan omaavan esimerkkiongelman ratkaisemiseen.

(Pro gradu -tutkielma, Turun Yliopisto, 1968, 46 s.)