- / -

- / -

Η εργασία χωρίζεται σε δυο βασικά μέρη. Στο πρώτο μέρος αναφερόμαστε στα παίγνια γενικού αθροίσματος δυο παιχτών, όπου μετά την αναφορά της βασικής θεωρίας και μιας περιγραφής στις δομές που επικρατούν στις αγορές, γίνεται παρουσίαση στα μοντέλα διπωλίου του Cournot, του Betrand και του Stackelberg. Στο δεύτερο μέρος αναφερόμαστε σε παίγνια με συμμαχίες και πως προσεγγίζονται τότε οι αμοιβές των παιχτών και η αξία τους στο παίγνιο. / This report is seperated in two sections. In the first section we refer in general sum games with two players, where since we report the general theory and an analysis of market structure we present the duopoly models of Cournot, Bertrand and Stackelberg. In the second part we refer in games in coalitional form and how we can calculate the profits and the values of the players in such games

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να αναλύσει τον τρόπο με τον οποίο η θεωρία παιγνίων συνεισφέρει στην λήψη αποφάσεων σε διαπραγματεύσεις. Στα πρώτα κεφάλαια της παρούσας εργασίας αναλύονται οι εισαγωγικές έννοιες της θεωρίας παιγνίων. Εκτός από της εισαγωγικές έννοιες αναφέρονται οι κατηγορίες των παιγνίων και γίνεται μια προσπάθεια ταξινόμησής τους βάσει κάποιων συγκεκριμένων χαρακτηριστικών. Στη συνέχεια αναφερόμαστε στις διαπραγματεύσεις ως μια πιο εξειδικευμένη μορφή θεωρίας παιγνίων. Έπειτα παραθέτουμε ορισμένα μοντέλα της θεωρίας των διαπραγματεύσεων και τέλος με τη χρήση των μοντέλων αυτών αναφερόμαστε σε πραγματικές περιπτώσεις διαπραγματεύσεων σε συγχωνεύσεις κι εξαγορές εταιρειών. / The purpose of this thesis is to analyze how which game theory contribute to decision making negotiations. The first chapters of this study analyzed the introductory concepts of game theory. Apart from the introductory concepts mentioned categories of games and is an attempt classification on the basis of some specific characteristics. at Then refer to the negotiations as a more specialized form of game theory. Then we present some models of Theory of negotiations and end the use of these models refer to real situations in negotiations mergers and acquisitions.

- / -

- / -

Στην παρούσα διπλωματικής εργασία εφαρμόζουμε τις αρχές της Θεωρίας Παιγνίων, και συγκεκριμένα τις έννοιες των Ισορροπιών Nash και των Παι­γνίου Συμφόρησης, ώστε να αναλύσουμε την επίδραση που έχει στην καθο­λική απόδοση ενός δικτύου και γενικότερα ενός συστήματος διαμοιραζόμενων πόρων η εγωιστική και ανταγωνιστική συμπεριφορά των χρηστών του. Αρχικά ασχολούμαστε με το πρόβλημα της εγωιστικής δρομολόγησης φορ­τίων από μια κοινή πηγή προς έναν κοινό προορισμό σε ένα δίκτυο επικοι­νωνίας. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον οι χρήστες επιλέγουν εγωιστικά τις στρα­τηγικές τους, οι οποίες στην περίπτωση μας αντιστοιχούν σε μονοπάτια από την πηγή προς τον προορισμό Όταν οι χρήστες δρομολογούν τα φορτία τους σύμφωνα με τις στρατηγικές που επιλέγουν, έρχονται αντιμέτωποι με μια κα­θυστέρηση που προκαλείται από τα φορτία όλων των χρηστών καθώς διαμοι­ράζονται τις ακμές. Κάθε χρήστης στοχεύει στην ελαχιστοποίηση του εγωι­στικού τον κόστους, που αντιστοιχεί σε αυτήν ακριβώς την καθυστέρηση, γεγονός που συνήθως έρχεται σε αντίθεση με το στόχο της βελτιστοποίησης της καθολικής απόδοσης του δικτύου. Η θεωρία των ισορροπιών Nash μας παρέχει μία σημαντική αρχή επίλυ­σης για τέτοιου είδους καταστάσεις: μια ισορροπία Nash, είναι μια κατάσταση του συστήματος τέτοια ώστε δεν υπάρχει κάποιος χρήστης που να μπορεί να μειώσει το εγωιστικό του κόστος αλλάζοντας μονομερώς τη στρατηγική του. Σε ένα τέτοιο δίκτυο λοιπόν περιμένουμε οι χρήστες να καταλήξουν σε μια ισορροπία Nash. Ωστόσο, ο υπολογισμός μιας τέτοιας ισορροπίας παραμέ­νει ένα πρόβλημα του οποίου η πολυπλοκότητα είναι, στη γενική περίπτωση, άγνωστη. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας δείχνουμε πειραματικά ότι ο υπολογισμός μιας αγνής ισορροπίας Nash σε ένα περιβάλλον εγωιστικής δρομολόγησης, όπου η καθυστέρηση σε κάθε ακμή ισούται με το φορτίο της. μπορεί να γίνει σε πολυωνυμικό χρόνο για μια μεγάλη ποικιλία δικτύων και κατανομών των φορτίων των χρηστών. Επιπλέον, προτείνουμε μια αρχική ανάθεση χρηστών σε μονοπάτια η οποία, όπως δείχνουν οι προσομοιώσεις μας, οδηγεί σε μια αξιοσημείωτη μείωση του συνολικού αριθμού των βημάτων που απαιτούνται ώστε να καταλήξουμε σε μια αγνή ισορροπία Nash. Επίσης αποδεικνύουμε την ύπαρξη αγνών ισορροπιών Nash και για την περίπτωση που η καθυστέρηση σε κάθε ακμή είναι εκθετική συνάρτηση του φορτίου της. Στη συνέχεια προτείνουμε και αναλύουμε ένα νέο μηχανισμό κόστους που θέτει τιμές για την ανταγωνιστική χρησιμοποίηση πόρων από ένα σύνολο χρη­στών. Το βασικό πλεονέκτημα αυτού του μηχανισμού είναι ότι οι πόροι θέ­τουν τα κόστη με έναν ισοδύναμο, δίκαιο τρόπο, και το πλέον σημαντικό είναι ότι κανένας πόρος δεν επωφελείται εις βάρος των χρηστών. Αυτός ο δίκαιος μηχανισμός κόστους επαγάγει ένα μη συνεργατικό παί­γνιο μεταξύ των χρηστών, για το οποίο αναλύουμε τις ισορροπίες Nash. Απο­δεικνύουμε ότι δεν υπάρχουν αγνές ισορροπίες Nash, εκτός από την περί­πτωση όπου όλα τα φορτία είναι ίσα, ενώ δείχνουμε ότι υπάρχει πάντα μία πλήρως μικτή ισορροπία Nash. Επίσης αναλύουμε για το παίγνιο αυτό το Κόστος της Αναρχίας, που εκφράζει την απόκλιση της απόδοσης του συ­στήματος στη χειρότερη ισορροπία Nash από τη βέλτιστη απόδοση. Αποδει­κνύουμε ότι το Κόστος της Αναρχίας στη χειρότερη περίπτωση είναι γραμ­μικό ως προς το πλήθος των χρηστών και ότι το φράγμα αυτό είναι αυστηρό. Ωστόσο προτείνουμε δύο τρόπους για να μετριάσουμε τη δυσάρεστη αυτή διαπίστωση. Καταρχήν, μελετάμε την περίπτωση όπου τα φορτία των χρηστών επιλέ­γονται από μία πολύ ευρεία οικογένεια φραγμένων κατανομών πιθανότητας. Ορίζουμε το Διαχεόμενο Κόστος της Αναρχίας το οποίο λαμβάνει υπόψη την κατανομή πιθανότητας των φορτίων και αποδεικνύουμε ότι Διαχεόμενο Κόστος της Αναρχίας φράσσεται εκ των άνω από μία μικρή σταθερά. Επιπλέον, προτείνουμε έναν υβριδικό μηχανισμό κόστους, ο οποίος επιτυγχάνει ένα ση­μαντικά μικρότερο Κόστος της Αναρχίας, ενώ το κέρδος κάθε πόρου παρα­μένει αμελητέο. / -

Στην εργασία αυτή ασχολούμαστε με το πρόβλημα της δρομολόγησης ενός συνόλου αιτήσεων επικοινωνίας σε WDM (Wavelength Division Multiplexing) πλήρως οπτικά δίκτυα από την άποψη της θεωρίας παιγνίων. Αν θεωρήσουμε κάθε αίτηση δρομολόγησης (ζεύγος κόμβων αφετηρία-προορισμός) ως παίκτη, τότε μία στρατηγική περιλαμβάνει ένα μονοπάτι από τον κόμβο-αφετηρία στον κόμβο-προορισμό και μία συχνότητα (χρώμα). Λαμβάνοντας υπόψη τον περιορισμό ότι δύο παίκτες δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ίδια συχνότητα στην ίδια ακμή, θεωρούμε ότι το κόστος δύο αλληλοσυγκρουόμενων στρατηγικών είναι απαγορευτικά μεγάλο. Στο παραπάνω πλαίσιο, μελετάμε διάφορες φυσικές συναρτήσεις κόστους επικεντρώνοντας στην ύπαρξη αμιγών σημείων ισορροπίας Nash και στην υπολογιστική πολυπλοκότητα αναγνώρισης και υπολογισμού τους. / We consider the problem of routing a number of communication requests in WDM (wavelength division multiplexing) all-optical networks from the standpoint of game theory. If we view each routing request (pair of source-target nodes) as a player, then a strategy consists of a path from the source to the target and a frequency (color). To reflect the restriction that two requests must not use the same frequency on the same edge, conflicting strategies are assigned a prohibitively high cost. Under this formulation, we consider several natural cost functions focusing on the existence of Nash equilibria and on the complexity of recognizing and computing them.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εφαρμόζουμε τις αρχές της Θεωρίας Παιγνίων και πιο συγκεκριμένα τις έννοιες των Ισορροπιών Nash και των Παιγνίων Εξισορρόπησης Φορτίου, με σκοπό να αναλύσουμε την επίδραση που έχει στην απόδοση των δικτύων και των κατανεμημένων συστημάτων η εγωιστική και ανταγωνιστική συμπεριφορά των χρηστών τους. Πρώτα εξετάζουμε το παίγνιο της εξισορρόπησης φορτίου με τρεμάμενο χέρι σε ταυτόσημες μηχανές ως προς την ύπαρξη αγνών ισορροπιών Nash. Δείχνουμε πως υπάρχει πάντα μία αγνή ισορροπία Nash με αναγωγή από τα αποτελέσματα για τα παίγνια εξισορρόπησης φορτίου. Έπειτα, δίνουμε αλγόριθμο πολυωνυμικού χρόνου για τον υπολογισμό της ισορροπίας αυτής. Τέλος, εξετάζουμε το κόστος της Αναρχίας του παιγνίου. Το κόστος της Αναρχίας εκφράζει την απόκλιση της απόδοσης της χειρότερης Ισορροπίας Nash από την βέλτιστη απόδοση. Αποδεικνύουμε πως το κόστος της Αναρχίας του παιχνιδιού φράσσεται εκ των άνω από μία μικρή σταθερά. / In the present diploma thesis we will be using basic concepts of Game Theory, more specifically the concepts of Nash Equilibrium and Load Balancing Games, in order to analyse the effect of egoistic and competitive user's behaviour on the efficiency of networks and distributed systems. Firstly, we prove that the trembling hand load balancing game on identical machines always admits a pure Nash equilibrium. Secondly, we find an algorithm that computes this Nash equilibrium in polynomial time. Finally, we compare the social cost of pure equilibria with optimal solutions. This ratio is called pure price of Anarchy. We prove that the pure price of anarchy is bounded by a small constant factor.

Σε αυτή τη διπλωματική εργασία μελετάμε το πρόβλημα εύρεσης ενός Nash σημείου ισορροπίας για παίγνια δύο παικτών. Παρουσιάζεται ο αλγόριθμος Lemke - Howson, η πολυπλοκότητα του αλγορίθμου καθώς και η κλάση πολυπλοκότητας PPAD, όπου και αποδεικνύεται ότι το πρόβλημα εύρεσης ενός Nash σημείου ισορροπίας είναι πλήρες για την κλάση αυτή. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη ιστορική αναδρομή της θεωρίας παιγνίων, παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες και προτείνονται κάποιες καταστάσεις ως λύσεις ενός παιγνίου, με κύρια αυτή του Nash σημείου ισορροπίας. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με τα παίγνια δύο παικτών ή παίνγια διπίνακα. Αρχικά ορίζονται τα στοιχεία που συνιστούν το παίγνιο, δηλαδή οι παίκτες, οι στρατηγικές τους, η βέλτιστη απόκριση και το Νash σημείο ισορροπίας και παρουσιάζονται με τη βοήθεια ενός παραδείγματος. Στη συνέχεια, ορίζονται τα πολύεδρα και τα πολύτοπα βέλτιστης απόκρισης με βάση τους πίνακες κερδών των δύο παικτών, που αποτελούν και βάση του αλγορίθμου Lemke - Howson. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αναλυτικά ο αλγόριθμος Lemkle - Howson στη γεωμετρική και στην αριθμητική του μορφή και εφαρμόζεται για ένα συγκεκριμένο παίγνιο. Η γεωμετρική εφαρμογή γίνεται με τη βοήθεια των πολυτόπων βέλτιστης απόκρισης και η αριθμητική μέσω του ακέραιου pivoting, που είναι μια παραλλαγή της μεθόδου simplex. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται μία κατηγορία παιγνίων όπου ο αλγόριθμος δεν είναι αποδοτικός. Για την κατασκευή των παιγνίων της κατηγορίας αυτής χρειάζεται πρώτα να δούμε τα κυκλικά πολύτοπα και να παρουσίασουμε κάποιες ιδιότητές τους. Στη συνέχεια αποδεικνύεται ότι ο αλγόριθμος απαιτεί εκθετικό χρόνο μέχρι να καταλήξει σε ένα Nash σημείο ισορροπίας του παιγνίου, σε σχέση με το μέγεθος του παιγνίου. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία αναγωγή του προβλήματος της εύρεσης ενός Nash σημείου ισορροπίας ενός παιγνίου δύο παικτών σε αυτό του πλήρους ταιριάσματος ενός γραφήματος, όπου και πάλι χρησιμοποιούμε ιδιότητες των πολυτόπων βέλτιστης απόκρισης καθώς και των δεικτοδοτημένων συμβολοσειρών Gale. Το έκτο και τελευταίο κεφάλαιο ασχολούμαστε με την κλάση πολυπλοκότητας PPAD. Αρχικά, ορίζουμε την κλάση και δίνουμε το πλήρες πρόβλημα οδηγό για την κλάση αυτη, το END OF LINE. Στη συνέχεια, δίνουμε μια διαισθητική αναγωγή του παραπάνω προβλήματος στο πρόβλημα SPERNER και έπειτα του SPERNER στο πρόβλημα BROUWER που πρόκειται για μία διακριτοποιημένη και απλόποιημένη εκδοχή της εύρεσης ενός σταθερού σημείου μίας συνάρτησης f. H τελευταία αναγωγή είναι αυτή του BROUWER στο 2NASH, δηλαδή την εύρεση ενός Nash σημείου ισορροπίας σε ένα παίγνιο δύο παικτών. Με αυτό τον τρόπο αποδεικνύεται ότι το 2NASH είναι PPAD πλήρες και δεν υπάρχει πολυωνυμικός αλγόριθμος για το πρόβλημα αυτό εκτός και αν P = PPAD. Στο τέλος της εργασίας υπάρχουν δύο παραρτήματα, όπου στο πρώτο παρουσιάζονται τα μονοπάτια που κατασκευάζει ο αλγόριθμος Lemke - Howson και κάποιες ιδιότητες αυτού και στο δεύτερο παράρτημα παρουσιάζεται ένα παράδειγμα κατασκευής ενός παιγνίου όπου ο αλγόριθμος δεν είναι αποδοτικός, παρατίθεται ο κώδικας σε MATLAB για την παραγωγή των παιγνίων της κλάσης αυτής και παρουσιάζονται τα μήκη των μονοπατιών που κατασκευάζει ο αλγόριθμος παίγνια της κλάσης. / In this thesis we study the problem of finding a Nash equilibrium for bimatrix games. We describe Lemke - Howson algorithm and its complexity. Also we study the PPAD complexity class and we give the reduction which shows that the problem of finding a Nash equilibrium (NASH) is PPAD complete even for bimatrix games. In section 1, we give a short history view of game theory and some essential notions about games, players and game solutions such as Nash equilibrium. In section 2, we define bimatrix games: each player's strategies, payoffs, mixed strategies, best response, Nash equilibria and we demonstrate all of them with an example. After that, we present best response polyhedra and best response polyhedra in which the Lemke - Howson algorithm is based. In section 3, we discribe in detail Lemke - Howson algorithm intuitively, by mones on best response polytopes, and arithmetically, by integer pivoting, which is a variant of simplex method. In section 4, is described a class of games where Lemke - Howson needs exponetial time to find a Nash equilibrium. For the construction of the games we use cyclic polytopes and the Gale evenness condition and their properties. We show in detail the Lemke - Howson paths and we compute their lengths for each dropped label. In section 5, we give a reduction from Perfect Matching to Nash equilibrium for a special case of games and we show that at these games a Nash equilibrium can be computed in polynomial time. In the final section we study the complexity class PPAD. First of all, we define formally the class and we give the first complete problem for this class, END OF LINE. After that, we reduce END OF LINE to SPERNER and SPERNER to BROUWER which is a simplified, discretized version of finding a fixed point for a continuous function f . Finally, we give in detail the reduction from BROUWER to 2NASH and we show that 2NASH is PPAD-complete which means that there is no polynomial time algorithm for 2NASH unless P = PPAD. At the end there are two appendices: At the first one we demonstrate the LH paths and at the second we give the source code in MATLAB for the construction of payoff tables for the LH worst case.