автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Механизмы планирования в активных системах: неманипулируемость и множества диктаторства

Содержание.

Введение.

ГЛАВА I. МЕХАНИЗМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АКТИВНЫХ СИСТЕМ С СООБЩЕНИЕМ ИНФОРМАЦИИ

§1. Описание модели активной системы с сообщением информации

§2. Неманипулируемость механизмов планирования.

§3. Реализуемость соответствий группового выбора.

§4. Достоверная реализуемость соответствий группового выбора

§5. Топологические методы в теории коллективного выбора.

§6. Постановка задачи исследования манипулируемости механизмов планирования.

ГЛАВА Н. УСЛОВИЯ НЕМАНИПУЛИРУЕМОСТИ ПРЯМЫХ МЕХАНИЗМОВ ПЛАНИРОВАНИЯ, СФОРМУЛИРОВАННЫЕ В ТЕРМИНАХ МНОЖЕСТВ ДИКТАТОРСТВА

§ 1. Множества диктаторства и неманипулируемость прямых механизмов.

§2. Коалиционная неманипулируемость прямых механизмов.

§3. Неманипулируемость и реализуемость механизмов активной экспертизы и распределения ресурса.

§4. Неманипулируемость прямых механизмов планирования с векторными планами.

Глава Ш. Существование эквивалентных прямых механизмов

§ 1. Прямые и непрямые механизмы планирования.

§2. Существование равновесия Нэша.

§3. Существование эквивалентного прямого механизма.

§4. Существование эквивалентного прямого механизма для дифференцируемых процедур планирования и линейных процедур планирования.

§ 5. Влияние множества возможных сообщений на существование эквивалентного прямого механизма.

§ 5. Внедрение результатов работы.

Актуальность темы. В социально-экономических системах (активных системах), функционирующих в условиях изменяющейся внутренней и внешней среды наряду с социально-экономическими факторами, действие которых учитывается управляющим органом (Центром), существуют факторы, предсказать возникновение и воздействие которых достаточно сложно для управляющего органа в силу ограниченности возможностей цента по сбору и переработке информации. Обычно, остальные участники активной системы (активные элементы) осведомлены о неизвестных центру параметрах гораздо лучше центра.

Для более обоснованного принятия решений логичным представляется организация обмена информацией между центром и активными элементами (АЭ) и использование при принятии решений информации, предоставляемой активными элементами. Однако при обмене информацией АЭ могут сообщать недостоверную информацию, которая влияет на качество (эффективность) принимаемых решений.

Необходимость получения достоверной информации для принятия эффективных решений требует разработки методов создания механизмов функционирования систем с сообщением информации, поощряющих сообщение достоверной информации.

Исследование неманипулируемости механизмов функционирования систем с сообщением информации ведется в нашей стране и за рубежом в рамках различных научных направлений. К ним, в частности, относятся: теория игр с непротивоположными интересами, теория коллективного выбора (в т.ч. теория реализуемости), теория активных систем - см. ссылки ниже. Несмотря на большой интерес к манипулируемости механизмов функционирования систем с сообщением информации, следует отметить, что в работах, посвященных этой теме, конструктивные условия немани-пулируемости получены лишь для достаточно частных случаев. Необходимость построения универсальных и удобных в использовании методов изучения неманипулируемости механизмов планирования определяет актуальность настоящего исследования.

Объект исследования. Объектом настоящего исследования являются механизмы функционирования активных систем с сообщением информации.

Предмет исследования. Предметом исследования является немани-пулируемость механизмов планирования' в активных системах с сообщением информации.

В случае, если сообщение достоверной информации является равновесием Нэша, механизм планирования называется неманипулируемым.

Цель работы. Целью работы является получение условий немани-пулируемости механизмов планирования в активных системах с нетранс-ферабельной полезностью и однопиковыми и сепарабельными функциями полезности активных элементов.

Реализация указанной цели подразумевает решение следующих задач:

- получение условий неманипулируемости прямых механизмов;

- получение общих условий существования эквивалентных прямых механизмов;

- получение конструктивных условий существований эквивалентных прямых механизмов для широкого класса практически значимых частных случаев механизмов планирования; Механизмы, в которых в качестве принимаемого ЛПР решения выступает набор скалярных величин, регламентирующих действия остальных участников системы, называются механизмами планирования. Если сообщение достоверной информации не является равновесием Нэша, для механизма планирования строится соответствующий прямой механизм следующим образом: для каждого возможного набора предпочтений участников активной системы определяется равновесие Нэша и в качестве информации от участников принимаются сообщения об их предпочтениях, по которым на основании известного равновесия Нэша определяют планы. При этом, если сообщение достоверной информации о предпочтениях является равновесием Нэша, соответствующий прямой механизм называется эквивалентным исходному прямым механизмом.

- исследование влияния множества допустимых сообщений на существование эквивалентного прямого механизма.

Метод исследования - анализ конфигурации множеств диктаторства74-* механизмов планирования основывается на применении аппарата теории игр, теории активных систем, теории реализуемости, системного анализа и исследования операций.

Связь с планом. Исследования по теме диссертационной работы проводились в соответствии с плановой тематикой работ Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН в рамках следующих тем: «Разработка и исследование механизмов управления организационными системами, функционирующими в условиях неопределенности» (35796/57) и «Разработка и исследование механизмов управления иерархическими активными системами» (357-00/57).

Научная новизна. Предложен метод анализа множеств диктаторства в механизмах планирования. На основе предложенного метода получены: достаточные условия неманипулируемости прямых механизмов в терминах множеств диктаторства; необходимые и достаточные условия коалиционной неманипулируемости прямых механизмов планирования общего вида; достаточные условия существования эквивалентных прямых механизмов; конструктивные достаточные условия существования эквивалентных прямых механизмов для случаев дифференцируемых и линейных механизмов планирования сформулированные в терминах свойств матрицы Якоби процедуры планирования; исследовано влияние множества возможных сообщений на существование эквивалентного прямого механизма.

Практическая ценность. Конструктивные условия существования эквивалентных прямых механизмов позволяют строить эффективные (с точки зрения критерия управления) неманипулируемые механизмы плани Множество возможных предпочтений в механизмах планирования можно разбить на подмножества, в каждом из которых определенной группе АЭ будут назначаться оптимальные планы. Такие множества называются множествами диктаторства. рования, для активных систем, в которых существуют удовлетворительные (с той же точки зрения) непрямые механизмы планирования.

Реализация результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты использованы при разработке, адаптации и внедрении системы управления маркетинговыми подразделениями ОАО «Сафоновский электромашиностроительный завод» и ОАО «Электротехническая корпорация», что подтверждено актами и справками о внедрении.

Личный вклад. Все основные результаты работы получены автором.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на семинарах Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Московского физико-технического института, международной научно-практической конференции «Управление большими системами» (Москва, 1997), международной научно-практической конференции «Теория активных систем» (Москва, 1999, 2001), «International Conference on System Science» (Wroclaw, 1999).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 13 печатных работ общим объемом 18 печатных листов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 155 страниц, 18 рисунков. Список используемой литературы включает 123 наименования.

Заключение

В настоящей работе рассмотрен ряд подходов к изучению неманипулируемости механизмов управления в социально-экономических системах и определен класс активных систем (нетрансферабельными, обобщенно однопиковыми и сепарабельными функциями полезности АЭ) в которых существуют недиктаторские механизмы планирования [2,7,53],

Для активных систем с нетрансферабельными, сепарабельными и обобщенно однопиковыми функциями полезности АЭ предложен метод исследования неманипулируемости механизмов планирования, заключающийся в анализе множеств диктаторства и обобщающий методы, предложенные в работах [7,12,13,14,17,53].

На основе предложенного подхода получены условия неманипулируемости прямых механизмов планирования и условия существования эквивалентных прямых механизмов.

Приведем краткий перечень основных результатов настоящей работы и перспектив дальнейших исследований:

1. Получены достаточные условия неманипулируемости прямых механизмов планирования (Т.2.1.1);

2. Получены необходимые и достаточные условия коалиционной неманипулируемости прямых механизмов планирования (Т.2.2.1);

3. Получены условия неманипулируемости прямых механизмов для случаев, когда в качестве планов выбирается вектор Евклидова пространства;

4. Получены достаточные условия существования эквивалентного прямого механизма для непрямых механизмов планирования общего вида;

5. Получены конструктивные достаточные условия существования эквивалентных прямых механизмов для непрямых механизмов частного вида:

- ДЛЯ механизмов, процедуры планирования которых дифференцируемы (Т.3.4.1, Т.3.4.2);

- для механизмов, процедуры планирования которых линейны (Т.3.4.3)

6. Показано, что изменением множества возможных сообщений элементов возможно влиять на существование эквивалентного прямого механизма.

7. Теоретические результаты работы использованы при разработке, адаптации и внедрении системы управления маркетинговыми подразделениями ОАО «Сафоновский электромашиностроительный завод» и ОАО «Электротехническая корпорация», что подтверждено актами и справками о внедрении.

На рис. 4.1 приведена схема результатов работы (доказанные другими авторами результаты изображены жирными линиями и затенением, оригинальные результаты - тонкими линиями). Так же на рис. 4.1 приведены перспективные задачи будущих исследований неанипулируемости механизмов планирования (изображены штриховыми линиямии, которые пронумерованы согласно следующему списку):

1. Получение достаточных условий существования эквивалентного прямого механизма, которые гарантируют существование эквивалентного прямого механизма для механизмов распределения ресурса и активной экспертизы;

2. Изучение возможности построения эквивалентного прямого механизма (Т.3.3.1) для случая, когда допускается коалиционное поведение;

3. Получение необходимости в связи результатов Т.2.1.1 и Т. 1.2.13;

4. Изучение коалиционной неманипулируемости для случаев, когда в качестве планов выбирается вектор Евклидова пространства;

5. Другие конструктивные достаточные условия существования эквивалентного прямого механизма;

154

6. Прикладные модели механизмов планирования.

Более общими по сравнению с исследованием неманипулируемости (в рамках общей модели, описанной в первой главе настоящей работы) являются задачи синтеза оптимальных механизмов планирования в активных системах и задачи реализуемости тех или иных соответствий группового выбора.

11 ом а и и г(ул и р\х' \г oci ь С\\ • ф>нГч-Ц1Ш ныГюри

531 (раздел 12 насюятем рабо1Ы) I

11е\1ани11>'лир\ смос гь прямого ме.чапичма акшвпой чкс11ер1и: < | . 1 соо1 ношение 1.4.1)

11с\1Л 1 [т\ лпруолюс I ь мс\аии:5Мов вила с-:(/Г' )'• -ЛК"' |7| (рагчсл 1.2)

1Т

Г1о\1а11И1П.111р\смос1Ь иря\101 о мсчанпзма расирсдс 1ения ресурса (а.цор1ПМ 1.4.1)

11 с м ан и 11 > л и р\ с мос гь прямою механизма, удовлегворя Ю1 цег о А. 1.2.1. 1.2.2. (Т.1.2.13)

Достаточные условия неманипулируемост иТ.2.1.1 иТ.2.3.1.

Достаточные условия коалиционной неманипулируемости Л.2.2.1

Необходимые условия коалиционной неманипулируемости Л.2.2.2.,2.2.3.

Существование равновесия Нэша Т.3.2.1

Неманипулируемость механизмов планирования вида с: (/Г")"-> Л1"

Достаточные условия существования эквивалентного прямого механизма Т.3.3.1

Достаточные условия существования эквивалентного прямого механизма для линейных процедур планирования (Т.3.4.1)

Достаточные условия существования эквивалентного прямого дифференцируемого двухэлементного механизма планирования (Т.3.4.2)

Достаточные условия существования эквивалентного прямого дифференцируемого многоэлементного механизма планирования (Т.3.4.3) I 1

1,5

J{

СЧщес1иова1П1С 'эквивалентного прямого мечами ша лляМРР

СЧщесшовапие зквнвалснпюю прямого механизма д 1я М.'\Э

Рис. 4.1. Схема результатов работы и задачи будущих исследований

1. and Sen A. Subgame perfect 1.plementation: A Necessary and-Sufficient Conditions. Review of Economic Theory, 1990. Vol. 50. P. 285-99/

2. Arrow K.J. Essays in the theory of risk-bearing. Amsterdam: North-Holland Publishing company, 1974. 178 p.

3. Arrow K.J. Social choice and individual values. Chicago: Univ. of Chicago, 1951.-204 p.

4. Arrow K.J., Radner R. Allocation of resources in large teams // Econometrica. 1979. Vol. 47. N2 . P.361 -386.

5. Baryshnicov Y. Unifying impossibility theorems: a topological approach. Adv. Applied Math, 14, 1993. P. 404-415

6. Baryshnikov Y. Topological and discrete social choice: in search of a theor}? Social Choice and Welfare, 14, 1997. P. 199-209.

7. Border K. S., JordanJ. S. Straightforward Elections, Unanimity and Phantom Voters. Review ofEconomic Studies, 1983, P. 153-170.

8. Border K., Sobel J, Samurai accountant: a theory of auditing and plunder/ZReview ofEconomic Studies. 1987. Vol.54. P.525-540.

9. Burkov V.N., Enaleev A.K. Stimulation and decision-making in the active systems theory: review of problems and new results // Mathematical Social Sciences. 1994. Vol. 27. P. 271 291.

10. Burkov V. N., Lemer A. Ya. Fairplay in control of active systems / Differentiifi games and related topics. Amsterdam, London: North-Holland publishing company, 1971. P. 325 -344.

11. Burkov V.N ., Novikov D. A., Petrakov S .N. Mechanism design in economies with private goods:trthtelling and feasible message sets. XIII Conference on system science, 1998. Vol.3 P.255-262

12. Chichilinsky G. Fixed point theorems and social choice paradoxes. Econ. Letters 3, 1979. P. 347-351

13. Chichilinsky G. Interesting famiilies of sets and the topology of cones in economics. Bill Am Math Society, 29(2), 1993. P. 189-207

14. Chichilinsky G., Heal G.M. The geometry of implementation: a necessary and sufficient condition for staightforwardness. Social Choice and Welfare, 14, 1997. P. 259-294.

15. Chichilinsky G. Social diversity, arbitrage and gains from trade: a unified perspective on resource allocation. American Economics Revive, 84 (2), 19941 p. 427-434

16. Chichilinsky G. Limited arbitrage is necessary and sufficient condition for the existence of a competitive equilibrium. Economical Theory, 5(1), 1995. P. 79108

17. Chichilinsky G. Social Choice and the topology of space of preferences. Adv Math 37 (2), 1980. P. 165-176

18. Chichilnisky G. Market arbitrage, social choice and the core. Social Choice and Welfare, 14, 1997. P. 161-198

19. Chichilinsky G., Heal G.M. A necessary and sufficient conditions fi; resolution of social choice paradox. J Econ Theory, 31, 1983. P. 68-87

20. Chichilinsky G., Heal G.M. Social Choice with infinite populations: construction of a rule and impossibility results. Social Choice and Welfare, 14, 1997. P. 303-318

21. Danilov V. Implementation via Nash Equilibria //Econometrica, Vol. 60. 1992. № 1,P. 43-56.

22. Dasgupta P., Hammond P., Maskin E. The implementation of social choice rules: some general results on incentive compatibility. Review of Economic Studies, 1979, The Symposium on Incentive Compatibility. •

23. D'Aspermont C, Gerard-Varet L.A. Incentives and incomplete information// J. ofPublic Economics. 1979. Vol. 11. N1. P.25-45.

24. Farmer R. Implicit contracts with asymmetric information and bankruptcy: the effect of interest rates on layoffs // Review of Economic Studies. 1985. Vol. 52. N3 . P. 427-442.

25. Fishbum P.C. Arrow's impossibility result, concise proof and infinite voters. J Econ Theory, 2, 1970. P. 103-10626