Nutzenfunktion (Spieltheorie)

Nutzenfunktion (Spieltheorie)

Die Normalform bezeichnet in der Spieltheorie eine Darstellungsform von Spielen, die sich im Wesentlichen auf die A-Priori-Strategiemengen der einzelnen Spieler und eine Auszahlungsfunktion als Funktion der gewählten Strategiekombinationen beschränkt. Gerecht wird diese Darstellungsform am ehesten solchen Spielen, bei denen alle Spieler ihre Strategien gleichzeitig und ohne Kenntnis der Wahl der anderen Spieler festlegen.

Eine Alternative ist die Extensivform, deren Stärke in der anschaulichen Darstellung zeitlicher oder logischer Abfolgen liegt.

Die Normalform für Spiele wurde erstmals von Émile Borel (1921) und John von Neumann (1928) beschrieben, die erkannten, dass im Prinzip jedes Strategiespiel in eine solche Form transformiert werden kann.

Definition

Die Normalform eines Spiels ist ein Tupel Γ = (N,Σ,u) mit den folgenden Elementen:

Menge der Spieler
N = \{1, 2, \ldots, n\}
Strategieraum
\Sigma = \Sigma_1 \times \Sigma_2 \times \ldots \times \Sigma_n
Σi bezeichnet die Strategiemenge des Spielers i, aus der er seine Züge wählen kann.
Nutzenfunktion
u:\Sigma \to \R^n
Dabei ist u_i:\Sigma \to \R die Nutzenfunktion des Spielers i. Abhängig von der eigenen Strategie und der Strategie der anderen Spieler hat der Spieler einen Nutzen oder eine Auszahlung von u_i(\sigma_1,\ldots,\sigma_i,\ldots, \sigma_n).

Gemischte und reine Strategien

In den so genannten reinen Strategien wählen die Spieler genau ein \sigma_i \in \Sigma_i. Für manche Spiele ist es jedoch notwendig, den Spielern zusätzlich die Möglichkeit einzuräumen, zufällig die Strategien auszuwählen und zuvor lediglich die Wahrscheinlichkeitsverteilung über Σi anzugeben, mit denen die einzelnen \sigma_{i,j}\in\Sigma_i ausgewählt werden. Dabei bezeichnet si die Parameter dieser Wahrscheinlichkeitsverteilung und Si die Menge der möglichen Parameterkombinationen.

Ist Σi endlich beziehungsweise abzählbar, so ist si ein Vektor, wobei si,j die Wahrscheinlichkeit angibt, dass die Strategie σi,j gewählt wird.

Darstellung in Tabellenform

Werden nur Spiele mit 2 Spielern, N = {1,2}, betrachtet und sind die Strategiemengen Σ1,2 endlich und überschaubar, kann man ein Spiel in Normalform auch als Tabelle darstellen:

Spieler 1\Spieler 2 σ2,1 σ2,2
σ1,1 (3,3) (1,2)
σ1,2 (2,1) (1,1)

In diesem Fall bezeichnet die erste Zahl in der Klammer die Auszahlung des Spielers 1 und die zweite Zahl die Auszahlung des Spielers 2 bei der entsprechenden Strategienkombination. Wählt Spieler 1 beispielsweise Strategie σ1,1 und Spieler 2 σ2,1, so erhalten beide jeweils eine Auszahlung in Höhe 3.


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