非传递博弈

非传递博弈是一个通过多种策略得到一个或者更多“循环”选择的博弈。在非传递博弈中,如果策略A优于策略B,策略B优于策略C,并不能推导出策略A优于策略C。

非传递博弈的雏形是剪刀、石頭、布。在概率博弈(probabilistic games)中,比如以一种更微妙的方式违反传递律,常常被表述为一个概率悖论(probability paradox)。

例子
一些非传递博弈的例子:
*剪刀、石頭、布
*
*
*加州側斑蜥蜴 (side-blotched lizard),雄性蜥蜴的喉嚨有橘色、黃色及藍色三種,橘喉蜥蜴採用侵略策略,地盤範圍大,地盤內有許多雌蜥蜴。黃喉蜥蜴則採用偷偷摸摸策略來反制,趁著橘喉蜥蜴一不注意,就溜進去橘喉蜥蜴的地盤和雌蜥蜴交配。但黃喉蜥蜴的策略又會被藍喉蜥蜴破解,因為藍喉蜥蜴生性妒忌,而且設下的地盤較小,後宮嬪妃少,陌生蜥蜴休想暗地偷情。然而,橘喉蜥蜴又會直接侵略藍喉蜥蜴的地盤,掠奪藍喉蜥蜴的妻妾。如此一來,三者之間形成美麗的對稱。
*當合作者搭便車者獨處者的「三難」選擇:
**獨處者不加入團體,只能得到一小筆錢。
**自願加入團體,成為合作者,就能得到比較大的獎勵。
**自願加入團體再選擇作弊而成為搭便車者,贏得的獎勵則又更大。
**但如果太多人選擇當搭便車者,則合作者和搭便車者得到的獎勵都會大減,反而還不如當個獨處者。
*以下的三種細菌族群:
**A族群能產生天然的抗菌物質「大腸桿菌素」,但本身對這種抗菌物質免疫。
**B族群對大腸桿菌素很敏感,但生長的速度比C族群快。
**C族群則能夠抵抗大腸桿菌素。
那麼,在培養皿中,A族群能殺死附近的B族群,B族群則能靠著生長速度來排擠C族群,而C族群又能靠著自體免疫力來排擠A族群!

*假定以下四人各有一粒骰子,要兩兩相互比大小,擲出較大點數者獲勝,各人的骰子每面分別為:
**路人乙:5, 5, 5, 5, 0, 0
**路人甲:4, 4, 4, 3, 3, 3
**路人丙:7, 7, 2, 2, 2, 2
**路人丁:6, 6, 6, 1, 1, 1

此時,如果我們讓路人乙和路人甲比賽,會有以下四種結果:
*5比4,路人乙勝(機率\frac{4}{6} \cdot \frac{3}{6} = \frac{1}{3})
*5比3,路人乙勝(機率\frac{4}{6} \cdot \frac{3}{6} = \frac{1}{3})
*0比4,路人甲勝(機率\frac{2}{6} \cdot \frac{3}{6} = \frac{1}{6})
*0比3,路人甲勝(機率\frac{2}{6} \cdot \frac{3}{6} = \frac{1}{6})

因此,賭局對路人乙有利,她贏的機率為\frac{2}{3}。

類似的分析可知:路人甲勝路人丙,機率\frac{2}{3},路人丙勝路人丁,機率\frac{2}{3},但這並不表示路人乙一定也可以打敗路人丁,因為,若真叫兩人上場比賽,怪的是,路人丁會有\frac{2}{3}的機率獲勝!

這說明了機率的不可遞移性。

更經典的例子是下列三人的骰子:

*路人庚:3, 3, 5, 5, 7, 7
*路人戊:2, 2, 4, 4, 9, 9
*路人己:1, 1, 6, 6, 8, 8

三人各有\frac{5}{9}的機率打敗另一人。(路人庚打敗路人戊,路人戊打敗路人己,而路人己又能打敗路人庚)

*也有超過兩個立場相互對抗的情況,假定以下七人各有一粒骰子,要三個三個相互比大小,擲出最大點數者獲勝,各人的骰子每面分別為:
**小丸子: 7, 7, 10, 10, 16, 16
**小玉: 6, 6, 8, 8, 19, 19
**花輪: 5, 5, 13, 13, 15, 15
**美環: 4, 4, 11, 11, 18, 18
**丸尾: 3, 3, 9, 9, 21, 21
**濱崎: 2, 2, 14, 14, 17, 17
**野口: 1, 1, 12, 12, 20, 20

則我們可以發現小丸子能打敗小玉、花輪、丸尾;小玉能打敗花輪、美環、濱崎;花輪能打敗美環、丸尾、野口;美環能打敗小丸子、丸尾、濱崎;丸尾能打敗小玉、濱崎、野口;濱崎能打敗小丸子、花輪、野口;野口能打敗小丸子、小玉、美環(各有\frac{5}{9}的機率)。因此,對於任意兩人,都有第三個人同時能夠打敗他們!

*或者是以下五人的骰子:
**兩津:4, 4, 4, 4, 4, 9
**大原:3, 3, 3, 3, 8, 8
**本田:2, 2, 2, 7, 7, 7
**中川:1, 1, 6, 6, 6, 6
**麗子:0, 5, 5, 5, 5, 5

則:

兩津打敗大原,大原打敗本田,本田打敗中川,中川打敗麗子,麗子打敗兩津。

兩津打敗本田,本田打敗麗子,麗子打敗大原,大園打敗中川,中川打敗兩津。

因此,對於當中的任意兩人,都有第三個人同時能夠打敗他們。

参考资料
*Martin Gardner, "The Colossal Book of Mathematics", W.W. Norton & Company (2001).

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