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2022-06-10
英文标题:
《A class of stochastic games and moving free boundary problems》
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作者:
Xin Guo and Wenpin Tang and Renyuan Xu
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最新提交年份:
2021
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英文摘要:
  In this paper we propose and analyze a class of $N$-player stochastic games that include finite fuel stochastic games as a special case. We first derive sufficient conditions for the Nash equilibrium (NE) in the form of a verification theorem. The associated Quasi-Variational-Inequalities include an essential game component regarding the interactions among players, which may be interpreted as the analytical representation of the conditional optimality for NEs. The derivation of NEs involves solving first a multi-dimensional free boundary problem and then a Skorokhod problem. We call it a \"moving free boundary\" to highlight the difference between standard control problems and stochastic games. Finally, we present an intriguing connection between these NE strategies and controlled rank-dependent stochastic differential equations.
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中文摘要:
在本文中,我们提出并分析了一类$N$游戏者随机对策,其中包括作为特例的有限燃料随机对策。我们首先以验证定理的形式导出了纳什均衡(NE)的充分条件。关联的拟变分不等式包含了一个关于参与者之间相互作用的基本博弈成分,可以解释为NEs条件最优性的解析表示。NEs的推导涉及首先求解多维自由边界问题,然后求解Skorokhod问题。我们称之为“移动自由边界”,以突出标准控制问题和随机博弈之间的区别。最后,我们提出了这些NE策略与受控秩相关随机微分方程之间的有趣联系。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Mathematical Finance        数学金融学
分类描述:Mathematical and analytical methods of finance, including stochastic, probabilistic and functional analysis, algebraic, geometric and other methods
金融的数学和分析方法,包括随机、概率和泛函分析、代数、几何和其他方法
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Analysis of PDEs        偏微分方程分析
分类描述:Existence and uniqueness, boundary conditions, linear and non-linear operators, stability, soliton theory, integrable PDE\'s, conservation laws, qualitative dynamics
存在唯一性,边界条件,线性和非线性算子,稳定性,孤子理论,可积偏微分方程,守恒律,定性动力学
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Probability        概率
分类描述:Theory and applications of probability and stochastic processes: e.g. central limit theorems, large deviations, stochastic differential equations, models from statistical mechanics, queuing theory
概率论与随机过程的理论与应用:例如中心极限定理,大偏差,随机微分方程,统计力学模型,排队论
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2022-6-10 17:15:16
一类随机对策与移动自由边界问题Xhin GUO,WENPIN TANG,RENYUAN XUAbstract。在本文中,我们提出并分析了一类N人随机对策,其中包括作为特例的finefuel随机对策。我们首先以验证定理的形式推导出纳什均衡(NE)的充分条件。相关的拟变分不等式包括关于参与者之间相互作用的非感知博弈成分,这可以解释为NEs条件最优性的分析表示。NEs的推导首先涉及解决多维自由边界问题,然后是Skorokhod问题。最后,我们提出了这些NE策略与受控秩相关随机微分方程之间的一个有趣的联系。1、导言最近,受[23,32,33,34]开创性工作所引领的平均场对策理论(MFG)的快速发展的启发,人们对N人非零和随机对策重新产生了兴趣。在本文中,我们建立并分析了一类随机N人博弈,它起源于经典的有限燃料问题。有很多理由考虑这种类型的游戏。首先,有限燃料问题[7、8、26]是随机控制理论中的一个里程碑,因此从数学上讲,博弈公式是自然的。
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2022-6-10 17:15:18
其次,除了随机控制理论[4、9、11、40、41]的兴趣外,其简单而深刻的解决方案结构也有着广泛的应用,包括经济与金融[2、10、12、36]、运筹学与管理[19、29、31]和排队论[28]。第三,分析随机博弈对手之前的成功仅限于两人博弈的特殊情况【13、21、22、27、30、37】或没有燃料约束【14、20】。在本文中,我们将分析一类N人随机博弈,其中包括有限燃料随机博弈作为特例。本文给出的随机对策类如下。有些玩家的动态XXXt=(Xt,····,XNt)受以下N维离散过程控制:dXit=bi(XXXt-)dt+σiσiσi(XXXt-)dBBBt+dξi+t- dξi-t、 Xi0-= xi,(i=1,···,N),(1.1),其中BBB:=(B,··,BN)是过滤概率空间中的标准N维布朗运动(Ohm, F、 {Ft}t≥0,P),漂移bbb:=(b,···,bN),协方差矩阵σ∑:=(σ∑,···,σNσN)满足适当的正则性条件。玩家i的控制(ξi,+,ξi,-) 变化有限。每个玩家都可以访问M种资源的部分或全部。玩家通过其目标函数hi(Xt,···,XNt)以及作为其控制“燃料”的共享资源进行交互。玩家对这些资源的可访问性以及他们各自的玩家如何使用这些资源由矩阵AAA:=(aij)i,j控制∈ RN×M。例如,当M=1,AAA=[1,1,···,1]T∈ RN×1,这个游戏(CpCpCp)对应于N个玩家的有限燃料游戏,其中N个玩家共享固定数量的相同资源。当M=N,AAA=INININ时,这是一个N人游戏(CdCdCd),其中每个玩家散列固定数量的资源。
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2022-6-10 17:15:22
一般来说,这个矩阵AAA描述了N人游戏的网络结构。玩家i在游戏中的目标是最小化EEZ∞e-αthi(Xt,···,XNt)dt、2 XIN GUO、WENPIN TANG和RENYUAN XUover适当的可容许博弈策略,如第2节所述。注意,不能简单地用MFG方法分析这个N-playergame,因为如果应用聚合方法,网络结构将崩溃。我们将分析这个随机博弈的NEs。我们首先以验证定理(定理3.1)的形式推导出尼泊尔政策的充分条件,该定理揭示了关于参与者之间互动的基本博弈元素。这是随机博弈中NE条件最优性的Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)表示。为了理解theNEs的结构特性,我们进一步从博弈值、NE策略和受控动力学的角度分析了这个随机博弈。从数学上讲,分析涉及首先解决多维自由边界问题,然后解决具有移动边界的Skorokhod问题。边界是“移动”的,因为它随着系统的变化和其他参与者的控制而移动。通过首先研究两个特殊博弈CPCPC和CdCdCd,得出了解析解。分析这两种类型的游戏可以深入了解一般游戏的解决方案结构。最后,我们以受控秩相关随机微分方程(SDE)的形式对NE策略进行了描述,并比较了CPCPCPC和CdCdCd博弈的博弈值。主要贡献。(i) 在N人对策的验证定理中,我们得到了具有奇异控制的一般随机对策的HJB方程的形式。
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2022-6-10 17:15:25
与之前所有专注于两人博弈的分析不同,我们表明,除了对应于仓促控制问题的标准HJB之外,还有一个随机博弈特有的基本术语。该术语表示玩家之间的交互,尤其是活跃玩家和等待玩家之间的交互。这个临界项隐藏在两人随机博弈中,以前被(错误地)理解为正则条件。(ii)游戏和控制问题之间的结构差异在N人游戏NEs的明确解决方案中得到了进一步揭示。在控制问题中,自由边界取决于系统的状态;然而,在随机游戏中,边界的“脸”是基于她自己的动作和游戏中玩家之间的互动而移动的(图3)。请注意,具有有限时间范围的托卡斯特博弈的这个自由边界与[11]中关于时间依赖性边界的时间控制问题的自由边界在不同的意义上移动。相反,它的移动是由于系统的变化和游戏中的竞争。(iii)这种差异在受控等级相关SDE的框架中得到进一步强调。据我们所知,这是第一次以更一般的形式将随机博弈与随机依赖SDE明确联系起来。这种新形式的秩相关SDE提出了一类新的尚待研究的SDE(第7.2节)。(iv)我们在受控rankdependent sde的框架内重新构建了博弈解的受控动力学。与著名的秩相关随机微分方程相比,具有附加控制成分的秩相关随机微分方程是新的。我们通过直接构造反射扩散过程来确定解的存在性。(更多讨论请参见第7.2节。)(v) 最后,本文考虑的随机博弈是资源分配博弈。
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2022-6-10 17:15:28
资源分配问题有着广泛的应用,包括库存管理、资源分配、云计算、智能电网控制和多媒体无线网络【16、17、35、39】。然而,现有的文献在分析随机博弈环境下的资源分配问题时并不成功。除了技术贡献之外,我们的分析还提供了一个有用的经济见解:在资源分配的随机博弈中,共享的成本比分割和共享的成本低,每个参与者的成本最低。相关工作。关于具有奇异控制的非零和二人对策,有许多论文。通过将一名球员视为控制器,另一名球员视为阻挡者,Karatzas和Li【27】使用BSDE方法分析了游戏中NE的存在。Hernandez Hernandez、Simon和Zervos【22】研究了值函数的光滑性,并表明当控制器享有第一步优势时,最优策略可能不是唯一的。Kwon和Zhang【30】研究了一个具有单一控制和战略退出的不可逆投资游戏。他们刻画了一类市场有限燃料博弈3完美均衡,并确定了一组条件,在这些条件下,尽管均衡具有多重性,博弈结果可能是唯一的。De Angelis和Ferrari【13】建立了非零和双人游戏中单方控制和最佳停车时间之间的联系。Mannucci【37】和Hamadene以及Mu【21】考虑了有限时间范围内有界速度下的燃料跟随者问题,并通过不同的技术确定了两人博弈中NE的存在性。最近,[20]比较了N人博弈和制造商博弈中的燃料跟随器问题。
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