吴文俊院士与“田忌赛马”鲜为人知的故事

作者: 曹志刚等

来源: 科学大院

发布日期: 2017-05-08

吴文俊院士是最早提出“田忌赛马”属于博弈论的数学家,他在博弈论方面的贡献包括提出本质均衡概念和相关定理,这些工作在上世纪八十年代逐渐得到国际关注,并在博弈论领域产生了深远影响。

在中国,“田忌赛马”的故事可谓家喻户晓。故事出自《史记》,讲的是战国时期,齐国大将田忌经常与人赛马,一次,在孙膑的建议下,用和之前同样的马匹,只是通过调换在比赛中的出场顺序而反败为胜。不过,很多人可能并不知道,这个故事和我国著名数学家吴文俊院士还有一段鲜为人知的联系。吴院士是最早提出“田忌赛马”属于博弈论的数学家,除了在拓扑学等方面的突出成就,吴院士也是我国最早研究博弈论的数学家。

而关于他与博弈论的故事,历史上却是长期被忽视的。

1958年大跃进时期,国内的政治气氛要求数学面向应用,包括华罗庚在内的一批中国顶尖数学家开始从事运筹学的研究。博弈论属于运筹学的一个分支。由于经典博弈论的一个重要工具是拓扑学中熟知的布劳威尔不动点定理,而吴文俊院士是拓扑学研究的大家,因此他选择了博弈论作为他从事运筹学研究的切入点。

1959年,吴文俊院士发表了中国第一篇博弈论研究论文《关于博弈理论基本定理的一个注记》。1960年,他还写了一篇普及性文章《博弈论杂谈:(一)二人博弈》,深入浅出地介绍了基本定理的证明。在这篇文章中,第一次明确提出“田忌赛马”的故事属于博弈论范畴,使得中国古代思想宝库中的博弈论思想重放光辉。同年,吴文俊院士等出版了《对策论(博弈论)讲义》,这是我国最早一本有关博弈论的教材。

吴文俊院士在博弈论方面的最大贡献,是他与他的学生江嘉禾先生合作于1962年对于有限非合作博弈提出了本质均衡(essential equilibrium)的概念,并给出了它的一个重要性质和存在性定理。本质均衡是这样一个特殊的纳什均衡:如果对支付函数作一个足够小的扰动,那么扰动后的博弈总存在一个与该均衡距离也足够小的纳什均衡。

文章证明了如下性质:给定每个参与者的有限策略集,则所有本质博弈构成的集合是相应空间上的稠密剩余集(即一列稠密开集的交集)。其中本质博弈是指所有纳什均衡都为本质均衡的博弈。因为稠密剩余集是第二纲的,所以在Baire分类意义上几乎所有的博弈都是本质博弈。

文章还给出了如下存在性定理:一个有限策略的策略型博弈(strategic-form game),如果其纳什均衡的个数有限,则这些纳什均衡中至少有一个是本质均衡。

吴文俊院士在本质均衡方面的工作是关于纳什均衡精炼研究方面最早的结果,但是由于历史的原因,改革开放以前的中国学术界与世界学术界处于一种隔绝的状态,一直到上个世纪八十年代吴文俊院士的这一结果才逐步得到了国际博弈论学界的关注,并带动着相关研究的发展。

1981年,荷兰学者琴生(M.J.M. Jansen)针对双矩阵博弈,即只有两个参与者的策略型博弈,避开了福特定理,只利用基本的博弈分析重新证明了吴文俊院士的结果。这也是国际上首次对吴文俊院士结果的正式关注。

1984年,前苏联博弈论研究的奠基人沃罗比约夫(N. N. Vorobev)在其专著《博弈论基础:非合作博弈》中多次引用了吴文俊院士的结果,并在该书第二章对其1962年的结果作了如此评价,“有限非合作博弈的稳定性,即均衡解对博弈的连续依赖性,很显然首先是由吴文俊和江嘉禾在文章中研究的”。

虽然经过二十多年的苦苦探索,博弈论学者并没有找到一个完美的均衡精炼概念,各种均衡精炼概念层出不穷,然而在令人眼花缭乱的均衡精炼概念中,本质均衡是除子博弈精炼纳什均衡和颤抖手均衡以外屈指可数的几个存活下来的概念之一。

更为难能可贵的是,在近半个世纪后的今天,吴文俊院士在本质均衡方面的主要思想及结果,依然被包括马斯金(E. Maskin)、梯若尔,威布尔等在内的世界一流的博弈论学者在最顶尖的刊物上持续引用,而且近几年的引用频次越来越高。

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