经典问题重温！——海盗分金问题 *zz

herrrabbit

兔子引言：这里只不过是一个简单的博弈论问题之一，觉得他始终是那么的经典，于是就先把他提出来了。也许为大家所知的经常流传的可能是那个五个海盗分100颗珍珠的问题，珍珠也好，金子也好，硬币也好，反正就是一个客观实在，5个海盗也好，8个海盗也好，还是39个海盗，不过就是一个数学上的扩展与推论，通过这个例子可以帮大家回想一下这个经典的数学问题，同时也让不知道的朋友们去想想这个经典的博弈论例子——利益最大化！　



　海盗，大家听说过吧。这是一帮亡命之徒，在海上抢人钱财，夺人性命，干的是刀头上舔血的营生。在我们的印象中，他们一般都瞎一只眼，用条黑布或者讲究点的用个黑皮眼罩把坏眼遮上。他们还有在地下埋宝的好习惯，而且总要画上一张藏宝图，以方便后人掘取。不过大家是否知道，他们是世界上最民主的团体。参加海盗的都是桀骜不驯的汉子，是不愿听人命令的，船上平时一切事都由投票解决。船长的唯一特权，是有自己的一套餐具——可是在他不用时，其他海盗是可以借来用的。船上的唯一惩罚，就是被丢到海里去喂鱼。

　　现在船上有若干个海盗，要分抢来的若干枚金币。自然，这样的问题他们是由投票来解决的。投票的规则如下：先由最凶猛的海盗来提出分配方案，然后大家一人一票表决，如果有50%或以上的海盗同意这个方案，那么就以此方案分配，如果少于50%的海盗同意，那么这个提出方案的海盗就将被丢到海里去喂鱼，然后由剩下的海盗中最凶猛的那个海盗提出方案，依此类推。

　　我们先要对海盗们作一些假设。

　　1)　每个海盗的凶猛性都不同，而且所有海盗都知道别人的凶猛性，也就是说，每个海盗都知道自己和别人在这个提出方案的序列中的位置。另外，每个海盗的数学和逻辑都很好，而且很理智。最后，海盗间私底下的交易是不存在的，因为海盗除了自己谁都不相信。
　　2)　一枚金币是不能被分割的，不可以你半枚我半枚。
　　3)　每个海盗当然不愿意自己被丢到海里去喂鱼，这是最重要的。
　　4)　每个海盗当然希望自己能得到尽可能多的金币。
　　5)　每个海盗都是现实主义者，如果在一个方案中他得到了1枚金币，而下一个方案中，他有两种可能，一种得到许多金币，一种得不到金币，他会同意目前这个方案，而不会有侥幸心理。总而言之，他们相信二鸟在林，不如一鸟在手。
　　6)　最后，每个海盗都很喜欢其他海盗被丢到海里去喂鱼。在不损害自己利益的前提下，他会尽可能投票让自己的同伴喂鱼。

　　现在，如果有10个海盗要分100枚金币，将会怎样？

　　要解决这类问题，我们总是从最后的情形向后推，这样我们就知道在最后这一步中什么是好的和坏的决定。然后运用这个知识，我们就可以得到最后第二步应该作怎样的决定，等等等等。要是直接就从开始入手解决问题，我们就很容易被这样的问题挡住去路：“要是我作这样的决定，下面一个海盗会怎么做？”

　　以这个思路，先考虑只有2个海盗的情况（所有其他的海盗都已经被丢到海里去喂鱼了）。记他们为P1和P2，其中P2比较凶猛。P2的最佳方案当然是：他自己得100枚金币，P1得0枚。投票时他自己的一票就足够50%了。

　　往前推一步。现在加一个更凶猛的海盗P3。P1知道——P3知道他知道——如果P3的方案被否决了，游戏就会只由P1和P2来继续，而P1就一枚金币也得不到。所以P3知道，只要给P1一点点甜头，P1就会同意他的方案（当然，如果不给P1一点甜头，反正什么也得不到，P1宁可投票让P3去喂鱼）。所以P3的最佳方案是：P1得1枚，P2什么也得不到，P3得99枚。

　　P4的情况差不多。他只要得两票就可以了，给P2一枚金币就可以让他投票赞同这个方案，因为在接下来P3的方案中P2什么也得不到。P5也是相同的推理方法只不过他要说服他的两个同伴，于是他给每一个在P4方案中什么也得不到的P1和P3一枚金币，自己留下98枚。

　　依此类推，P10的最佳方案是：他自己得96枚，给每一个在P9方案中什么也得不到的P2，P4，P6和P8一枚金币。

　　下面是以上推理的一个表（Y表示同意，N表示反对）：

　　　P1　 P2
　　　0　　100
　　　N　　Y

　　　P1　 P2　P3
　　　1　　0　　99
　　　Y　　N　　Y

　　　P1　 P2　 P3　 P4
　　　0　　1　　 0　　99
　　　N　　Y　　 N　　Y

　　　P1　P2　 P3　 P4　 P5
　　　1　　0　　1　　0　　98
　　　Y　　N　　Y　　N　　Y

　　　……

　　　P1　 P2　 P3　 P4　 P5　 P6　 P7　 P8　 P9　 P10
　　　0　　 1　　0　　 1　　0　　1　　 0　　1　　 0　　96
　　　N　　 Y　　N　　Y　　N　　Y　　 N　　Y　　N　 　Y


　　现在我们将海盗分金问题推广：

　　1)　改变一下规则，投票中方案必须得到超过50%的票数（只得到50%票数的方案的提出者也会被丢到海里去喂鱼），那么如何解决10个海盗分100枚金币的问题？
　　2)　不改变规则，如果让500个海盗分100枚金币，会发生什么？
　　3)　如果每个海盗都有1枚金币的储蓄，他可以把这枚金币用在分配方案中，如果他被丢到海里去喂鱼，那么他的储蓄将被并在要分配的金币堆中，这时候又怎样？

　　通过对规则的细小改变，海盗分金问题可以有许多变化，但是最有趣的大概是1)和2)（规则仍为50%票数即可）的情况，本帖只对这两种情况进行讨论。

　　首先考虑1)。现在只有P1和P2的情形变得对P2其糟无比：1票是不够的，可是就算他把100枚金币都给P1，P1也照样会把他丢到海里去。可是 P2很关键，因为如果P3进行分配方案的话，即使他一枚金币也不给P2，P2也会同意，这样一来P3就有P2这张铁票！P3的最佳方案就是：独吞100枚金币。

　　P4要3张票，而P3是一定反对他的，而如果不给P2一点甜头，P2也会反对，因为P2可以在P3的方案中得救，目前为什么不把P4丢到海里呢？所以要分别给P1和P2一枚金币，这样P4就有包括他自己1票的3票。P4的方案为：P1，P2每人1枚金币，他自己98枚。

　　P5的情况要复杂点，他也要3票。P4是会反对他的，所以不用给，给P3一枚金币就能使他支持自己的方案，因为在接下来的P4方案中他什么也得不到。问题是P1和P2：只要其中有一个支持就可以了。可是只给1枚金币是不行的，P4方案中他们一定有1枚金币可得，所以只要在他们中随便选一个，给2枚金币，另一个就对不起了，不给。这样P5的方案是：自己97枚，P3得1枚，P1或P2得2枚。

　　P6的方案建立在P5的上面，只要给每个P5方案中不得益的海盗1枚金币。要注意的是，P1和P2都应该看作在P5方案中不得益的：他们可能得2枚，可是也可能1枚不得，所以只要P6给他们1枚金币，根据“二鸟在林，不如一鸟在手“的原则，就可以让他们支持P6的方案。所以P6的方案是唯一的：P1， P2，P4每人1枚金币，P6自己拿97枚。

　　这样继续下去，P9的方案是：P3，P5，P7每人1枚金币，然后在P1，P2，P4，P6中任选一人给2枚金币，P9自己得95枚。最后，P10的方案是唯一的：P1，P2，P4，P6，P8每人1枚金币，P10自己得95枚。

　　2)是最有趣的（提醒：我们回到50%票即可的规则）。原题解中的推理过程直到200个海盗都是成立的：P200给每个偶数号的海盗1枚金币，包括他自己，其他海盗什么也得不到。从P201开始，继续推理就变得有点困难了：P201为了不被丢到海里去，必须什么也不留给自己，而给从P1到P199中所有奇数号海盗每人1枚金币，从而争取到100票，加上他自己1票，逃过一劫。P202也什么都得不到，他必须用这100枚金币买通100个从P201的方案中什么也得不到的海盗，要注意到现在这个方案不是唯一的：P201的方案中得不到金币的海盗是所有奇数号的海盗，有101个（包括P201），所以有 101种方案。

　　P203必须得到102票，除了自己的1票外，他只有100枚金币，所以只能买到100票，所以可怜的家伙就被丢到海里喂鱼了。但是，P203是个很重要的角色，因为P204知道如果自己的方案不被通过，P203也一样会完蛋，所以他有P203的一张铁票。所以P204可以大出一口气：他自己一票，加上P203一票，然后加上用100枚金币买的确100票，他就得救了！100个有幸得到1枚金币的海盗，可以是P1到P202中任何100个：因为其中的偶数号的从P202的方案中什么也得不到，如果P204给他们中某个海盗1枚金币，这个海盗一定会赞同这个方案；而编号为奇数的海盗呢，只是有可能从 P202的方案中得益罢了（可能性为100/101），所以根据“二鸟在林，不如一鸟在手“的原则，如果能得到1枚金币，他也会赞同这个方案。

　　接下去P205是不能把希望放在P203和P204这两张票上的，因为就算他被丢到海里去，P203和P204还可以通过P204的方案机会活下来。 P206虽然可以靠P205的铁票，加上自己1票和100枚金币搞到的100票，只有102票，所以他也被丢到海里喂鱼。P207好不了多少，他需要 104票，而他自己以及P205和P206的铁票加上100枚金币搞到的100票只有103票——只好下海。

　　P208运气比较好，他同样也要104票，可是P205，P206，P207都会投票赞成他的方案！加上他自己的1票和买来的100票，他终于逃脱了做鱼食的命运。

　　这样我们就有了一种可以一直推下去的新逻辑。海盗可以什么也不留给自己，买上100票，然后依靠一部分一定会被丢下海的海盗的铁票，从而让自己的方案通过。有这样运气的海盗分别是P201，P202，P204，P208，P216，P232，P264，P328和P456……我们看到这样的号码是 200加上一个2的次幂。

　　哪些海盗是受益者呢，显然铁票是不用（不能）给金币的。所以只有上一个幸运号码及他以前的那些海盗才有可能得到1枚金币。于是我们得到500海盗分100枚金币的结论是：前44个最凶猛的海盗被丢进海里，然后P456给P1到P328中的100个海盗每人1枚金币。

　　就这样，最凶猛的海盗被丢进海里，而比较凶猛的什么也得不到，而只有最温柔的那些海盗，才有可能得到1枚金币。正如《马太福音》所说：“温柔的人有福了，因为他们必承受地土！

[ Last edited by herrrabbit on 2005-7-6 at 10:50 ]

真精不怕火恋

Originally posted by herrrabbit at 2005-7-17 03:49 PM:
...
那么这里如果4号海盗根本就轮不上说话就已经结束游戏了，那么他的利益最大化就在于如果2号海盗答应给他一颗珠子就可以了，如果能够轮到他分配的话，那么100个宝石将全是她的，这就是绝对利益和相对利益所在。 ...

咱们用的不是一个排序

我说的P4是你说的2号.

我的意思是所引用的那段话是正确的,但并不精确.

我所提出的选择正因为无法实现个人利益最大化所以在枚举的过程中要被抛弃

最后的结论与你转帖的分析是一致的,并不矛盾.

:D

herrrabbit

Originally posted by 真精不怕火恋 at 17-7-2005 14:43:


P4是不一定会反对他的,只不过为了取得P4的支持付出的代价太大

博弈论的一个关键前提在于每个人的想法是一样的，海盗分金问题的两个重要条件是：1。个人利益最大化；2.当个人利益无法达到真正最大化的情况下，相对利益一定要最大化。

那么这里如果4号海盗根本就轮不上说话就已经结束游戏了，那么他的利益最大化就在于如果2号海盗答应给他一颗珠子就可以了，如果能够轮到他分配的话，那么100个宝石将全是她的，这就是绝对利益和相对利益所在。

真精不怕火恋

Originally posted by herrrabbit at 2005-7-6 10:48 AM:
　...　P5的情况要复杂点，他也要3票。P4是会反对他的，所以不用给，给P3一枚金币就能使他支持自己的方案，因为在接下来的P4方案中他什么也得不到。问题是P1和P2：只要其中有一个支持就可以了。可是只给1枚金币是不行的，P4方案中他们一定有1枚金币可得，所以只要在他们中随便选一个，给2枚金币，另一个就对不起了，不给。这样P5的方案是：自己97枚，P3得1枚，P1或P2得2枚。
...

P4是不一定会反对他的,只不过为了取得P4的支持付出的代价太大

真精不怕火恋

价值的关系
自己的生命 > 金币 > 其他人死亡给自己带来的愉悦感

否则会有 损人不利己 白开心 这样的情况出现

郁闷的西葫芦

看纳什的博弈论把，那本书不错
经典的囚犯问题
在囚徒的故事中，两个囚徒是当事人(players)又称参与者；当事人所做的选择策略 (strategies)是承认了杀人事实，最后两个人均赢得(payoffs)了中间的宣判结果。如果两个囚徒之中有一个承认杀人，另外一个抵赖，不承认杀人，那么承认者将会得到减刑处理，而抵赖者将会得到最严厉的死刑判决，在纳什故事中两个人都承认了犯罪事实，所以两个囚徒得到的是中间的结果。
不过博弈论的前提是对方和自己都绝对的理性

夜半歌声

原题好像是微软的一道考试题，被视为经典！