Skip to main content

C15-1 形式化规范:φ-博弈均衡推论

依赖

  • T24-1: φ-优化目标涌现定理
  • C14-1: φ-网络拓扑涌现推论
  • A1: 自指完备系统必然熵增

定义域

博弈空间

  • G=(N,S,u)\mathcal{G} = (N, S, u): 博弈三元组
    • N={1,...,n}N = \{1, ..., n\}: 玩家集合
    • S=S1×...×SnS = S_1 \times ... \times S_n: 策略空间
    • u:SRnu: S \to \mathbb{R}^n: 支付函数
  • Δn\Delta^n: n维单纯形(混合策略空间)
  • Zn\mathcal{Z}_n: n维Zeckendorf约束策略空间

均衡概念

  • NE(G)NE(\mathcal{G}): 纳什均衡集
  • xx^*: 均衡策略
  • ϵ\epsilon-均衡: 近似均衡

动力学空间

  • F\mathcal{F}: 演化动力学流
  • JJ: Jacobian矩阵
  • λi\lambda_i: 特征值谱

形式系统

策略空间约束

定义C15-1.1: Zeckendorf混合策略

pΔZn:pi=kSiFkj=1nkSjFkp \in \Delta_{\mathcal{Z}}^n : p_i = \frac{\sum_{k \in S_i} F_k}{\sum_{j=1}^n \sum_{k \in S_j} F_k}

其中SiS_i满足无连续元素条件。

支付矩阵结构

定义C15-1.2: Fibonacci支付矩阵

Aij=Fij+1Fij+3A_{ij} = \frac{F_{|i-j|+1}}{F_{|i-j|+3}}

满足递归关系:

Ai,j+Ai,j+2=Ai,j+1φA_{i,j} + A_{i,j+2} = A_{i,j+1} \cdot \varphi

主要陈述

推论C15-1.1:混合策略φ-分配

陈述: 对称n策略博弈的纳什均衡混合策略

pi=φij=1nφj=φi(1φ1)1φnp_i^* = \frac{\varphi^{-i}}{\sum_{j=1}^n \varphi^{-j}} = \frac{\varphi^{-i}(1-\varphi^{-1})}{1-\varphi^{-n}}

极限形式:

limnpi=φi+1(1φ1)\lim_{n \to \infty} p_i^* = \varphi^{-i+1}(1-\varphi^{-1})

推论C15-1.2:支付矩阵谱

陈述: Fibonacci支付矩阵的特征值

λk=φk,k=1,...,n\lambda_k = \varphi^{-k}, \quad k = 1, ..., n

谱半径: ρ(A)=φ1\rho(A) = \varphi^{-1}

推论C15-1.3:两策略均衡

陈述: 对称2×2博弈的均衡策略

x=φ1=5120.618x^* = \varphi^{-1} = \frac{\sqrt{5}-1}{2} \approx 0.618

稳定性条件: 2ux2<0\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} < 0

推论C15-1.4:策略熵界

陈述: n策略混合策略的熵上界

H(p)log2Fn+2=nlog2φ+O(logn)H(p) \leq \log_2 F_{n+2} = n \cdot \log_2 \varphi + O(\log n)

熵密度: limnHmaxn=log2φ0.694\lim_{n \to \infty} \frac{H_{max}}{n} = \log_2 \varphi \approx 0.694

推论C15-1.5:收敛速度

陈述: 复制动态的收敛率

x(t)xx(0)xet/φ||x(t) - x^*|| \leq ||x(0) - x^*|| \cdot e^{-t/\varphi}

离散时间:

xkxx0xφk||x_k - x^*|| \leq ||x_0 - x^*|| \cdot \varphi^{-k}

算法规范

Algorithm: FindPhiEquilibrium

输入:

  • 策略数 nn
  • 支付矩阵类型 {fibonacci,custom}\in \{\text{fibonacci}, \text{custom}\}
  • 收敛精度 ϵ\epsilon
  • 最大迭代 TmaxT_{max}

输出:

  • 均衡策略 xΔZnx^* \in \Delta_{\mathcal{Z}}^n
  • 均衡支付 uu^*
  • 策略熵 H(x)H(x^*)
  • 收敛标志

不变量:

  1. ixi=1\sum_i x_i = 1 (概率归一)
  2. xi0,ix_i \geq 0, \forall i (非负性)
  3. H(x)HmaxH(x) \leq H_{max} (熵界)

核心算法

function find_equilibrium(n, epsilon):
# 初始化Fibonacci支付矩阵
A = build_fibonacci_payoff(n)

# 初始策略(均匀分布)
x = ones(n) / n

# 虚拟对弈
for t in 1:T_max:
# 计算期望支付
u = A @ x

# 最佳响应
br = argmax(u)

# φ-调制更新
alpha = 1 / (phi * t)
x = (1 - alpha) * x + alpha * e_br

# 收敛检查
if norm(A @ x - max(A @ x) * ones(n)) < epsilon:
break

return x, x @ A @ x, entropy(x)

验证条件

V1: 均衡策略验证

maxj(Ax)jxAx<ϵ\max_j (Ax^*)_j - x^* \cdot Ax^* < \epsilon

V2: φ-分配验证

对称博弈:

xixi+1φ<δ\left|\frac{x_i^*}{x_{i+1}^*} - \varphi\right| < \delta

V3: 熵界验证

H(x)log2Fn+2+ϵH(x^*) \leq \log_2 F_{n+2} + \epsilon

V4: 收敛速度验证

xk+1xxkxφ1+ϵ\frac{||x_{k+1} - x^*||}{||x_k - x^*||} \leq \varphi^{-1} + \epsilon

V5: 支付矩阵谱验证

λmax(A)φ1<ϵ|\lambda_{\max}(A) - \varphi^{-1}| < \epsilon

复杂度分析

时间复杂度

  • 均衡计算: O(n2T)O(n^2 \cdot T)
  • 最佳响应: O(n)O(n)
  • 熵计算: O(n)O(n)
  • 谱分析: O(n3)O(n^3)

空间复杂度

  • 支付矩阵: O(n2)O(n^2)
  • 策略向量: O(n)O(n)
  • 轨迹存储: O(Tn)O(T \cdot n)

收敛复杂度

Tconv=O(φlog(1/ϵ))T_{conv} = O(\varphi \log(1/\epsilon))

数值稳定性

条件数

κ(A)φn\kappa(A) \leq \varphi^n

舍入误差

xcomputedxexact=O(ϵmachineφn)||x_{computed} - x_{exact}|| = O(\epsilon_{machine} \cdot \varphi^n)

数值格式

推荐投影梯度法:

xk+1=ΠΔZ(xkαku(xk))x_{k+1} = \Pi_{\Delta_{\mathcal{Z}}}(x_k - \alpha_k \nabla u(x_k))

实现要求

数据结构

  1. 稀疏支付矩阵(大规模博弈)
  2. Fibonacci数缓存
  3. 策略历史(收敛分析)

算法优化

  1. 向量化支付计算
  2. 增量熵更新
  3. 并行最佳响应
  4. 自适应学习率

边界处理

  1. 纯策略检测
  2. 退化博弈处理
  3. 数值下溢保护
  4. 循环检测

测试规范

单元测试

  1. Fibonacci支付矩阵构建
  2. 混合策略归一化
  3. 熵计算正确性
  4. 最佳响应计算

均衡测试

  1. 两策略博弈解析解
  2. 对称博弈均衡
  3. 零和博弈
  4. 协调博弈

收敛测试

  1. 不同初始策略
  2. 收敛速度测量
  3. 稳定性分析
  4. 循环检测

缩放测试

  1. n=2,5,10,20,50n = 2, 5, 10, 20, 50
  2. 稀疏vs密集支付
  3. 内存使用
  4. 计算时间

理论保证

存在性

纳什均衡在ΔZn\Delta_{\mathcal{Z}}^n中存在

唯一性(特殊情况)

严格凹博弈有唯一均衡

稳定性

均衡点是演化稳定策略(ESS)

效率

均衡支付φ1umax\geq \varphi^{-1} \cdot u_{max}


形式化验证清单:

  • 混合策略φ-分配验证
  • 支付矩阵Fibonacci结构
  • 两策略黄金分割
  • 策略熵上界
  • 收敛速度φ-调制
  • 数值稳定性分析
  • 大规模博弈测试
  • 演化动力学验证