Аксиомы Шепли

1^о. Аксиома эффективности. Если S – любой носитель игры с характеристической функцией u, то

= u(S)

Иными словами, “справедливость требует”, что при разделении общего выигрыша носителя игры ничего не выделять на долю посторонних, не принадлежащих этому носителю, равно как и ничего не взимать с них.

2^о. Аксиома симметрии. Для любой перестановки p и iÎN должно выполняться

(pu) = j _i (u),

т.е. игроки, одинаково входящие в игру, должны “по справедливости” получать одинаковые выигрыши.

3^о. Аксиома агрегации. Если есть две игры с характеристическими функциями u¢ и u¢¢, то

j _i (u¢ + u¢¢) = j _i (u¢) + j _i (u¢¢),

т.е. ради “справедливости” необходимо считать, что при участии игроков в двух играх их выигрыши в отдельных играх должны складываться.

Определение. Вектором цен (вектором Шепли ) игры с характеристической функцией u называется n-мерный вектор

j (u) = (j₁(u), j₂(u),..., j_n(u)),

удовлетворяющий аксиомам Шепли.

Существование вектора Шепли вытекает из следующей теоремы

Теорема. Существует единственная функция j, определённая для всех игр и удовлетворяющая аксиомам Шепли.

Определение. Характеристическая функция w_S(T), определённая для любой коалиции S, называется простейшей, если

w_S(T) =

Содержательно простейшая характеристическая функция описывает такое положение дел, при котором множество игроков S выигрывает единицу тогда и только тогда, когда оно содержит некоторую основную минимальную выигрывающую коалицию S.

Можно доказать, что компоненты вектора Шепли в явном виде запишутся следующим образом

где t – число элементов в T.

Вектор Шепли содержательно можно интерпретировать следующим образом: предельная величина, которую вносит i -й игрок в коалицию T, выражается как

u(T) - u(T \{ i })

и считается выигрышем i- го игрока; g _i (T) – это вероятность того, что i -й игрок вступит в коалицию T \{ i }; j _i (u) – средний выигрыш i -го игрока в такой схеме интерпретации. В том случае, когда u – простейшая,

Следовательно

,

где суммирование по T распространяется на все такие выигрывающие коалиции T, что коалиция T \{ i }не является выигрывающей.

Пример. Рассматривается корпорация из четырёх акционеров, имеющих акции соответственно в следующих размерах

a₁ = 10, a₂ = 20, a₃ = 30, a₄ = 40.

Любое решение утверждается акционерами, имеющими в сумме большинство акций. Это решение считается выигрышем, равным 1. Поэтому данная ситуация может рассматриваться как простая игра четырёх игроков, в которой выигрывающими коалициями являются следующие:

{2; 4}, {3; 4},

{1; 2; 3}, {1; 2; 4}, {2; 3; 4}, {1; 3; 4},

{1; 2; 3; 4}.

Найдём вектор Шепли для этой игры.

При нахождении j₁ необходимо учитывать, что имеется только одна коалиция T = {1; 2; 3}, которая выигрывает, а коалиция T \{1} = {2; 3} не выигрывает. В коалиции T имеется t = 3 игрока, поэтому

.

Далее, определяем все выигрывающие коалиции, но не выигрывающие без 2-го игрока: {2; 4}, {1; 2; 3}, {2; 3; 4}. Поэтому

.

Аналогично получаем, что , .

В результате получаем, что вектор Шепли равен . При этом, если считать, что вес голоса акционера пропорционален количеству имеющихся у него акций, то получим следующий вектор голосования

,

который, очевидно, отличается от вектора Шепли.

Анализ игры показывает, что компоненты 2-го и 3-го игроков равны, хотя третий игрок имеет больше акций. Это получается вследствие того, что возможности образования коалиций у 2-го и 3-го игрока одинаковые. Для 1-го и 4-го игрока ситуация естественная, отвечающая силе их капитала.