Математичні парадокси

Дилема мандрівника Авіакомпанія розбила дві однакові вази. Кожен власник сам пише їхню ціну. Що написати?Логіка каже: $2. Люди пишуть під $100.

Кожен пише ціле число доларів від 2 до 100, не радячись з іншим. Обидва отримують меншу з двох цін, але хто написав меншу, отримує ще $2 бонусу, а хто більшу — на $2 менше. Однакові ціни виплачують як є. Яке число ви напишете? Зафіксуйте відповідь, а потім перевірте її в грі з ботами, на симуляції і в поясненнях.

Якщо інший напише 100, вам вигідніше 99: отримаєте $101. Але він міркує так само, і ланцюжок «на долар менше» спускається аж до $2. Це єдина рівновага гри. Тільки живі люди так не грають: у досліді з теоретиками ігор лише 3 з 45 написали 2, а більшість писала від 95 до 100. Проти таких суперників 2 приносить у середньому , а 98 — .

Написати своє число
$2єдина рівновага: обидва пишуть 2 й отримують по $2
3 з 45теоретиків ігор у досліді написали 2
Умова задачі

Дві вази, дві ціни, одне правило

Цю задачу 1994 року запропонував економіст Каушик Басу. Правила прості, а все цікаве в тому, що ви знаєте про іншого мандрівника.

  1. 1

    Розбиті вази

    Двоє незнайомих мандрівників повертаються з одного острова з однаковими старовинними вазами. Авіакомпанія розбила обидві. Справжньої ціни менеджер не знає, тож просить кожного написати її самому.

  2. 2

    Ціна

    Кожен пише ціле число доларів від 2 до 100. Радитися не можна, і числа іншого ніхто не бачить, поки обидва не напишуть.

  3. 3

    Правило виплат

    Якщо числа однакові, кожен отримує це число. Якщо різні, менеджер вважає правдивою меншу ціну: обидва отримують її, але хто написав меншу, отримує ще $2 бонусу за чесність, а хто більшу — на $2 менше як штраф.

  4. 4

    Питання

    Яке число вам варто написати, щоб отримати якомога більше?

Інтуїція підказує

«Напишу 100: ваза цього варта»

Але якщо інший напише 100, то 99 дасть вам $101. Якщо він теж це помітить і напише 99, вам краще 98. Строга логіка не зупиняється до 2. А живі люди зупиняються набагато раніше, і це їм вигідно.

Приклади виплат

Обидва пишуть 100по $100
Ви 46, інший 100ви $48, він $44
Ви 80, інший 70ви $68, він $72

Другий приклад узято зі статті самого Басу в Scientific American (2007).

Раунд 1 · Вгадайте

Яке число ви напишете?

Ціле число від 2 до 100. Воно піде в гру відвідувачів сайту: ми порахуємо, скільки воно принесло б проти чисел, які написали інші.

50
2255075100

Відповідь одна: змінити її після перевірки не вийде.

Тут з'явиться розбір вашого числа: що каже строга логіка і скільки воно приносить проти живих людей.

Гра відвідувачів сайту

написані числа ваше число найкраще проти них
Підказки

Важко вирішити? Відкривайте підказки по одній: спочатку легка, далі сильніша.

Раунд 2 · Гра

Десять поїздок із незнайомцями

Кожна поїздка — новий незнайомий мандрівник і нові розбиті вази. Ви пишете число, бот своє, менеджер платить за правилом. Що в бота в голові, ви не знаєте, але після кожної поїздки бачите його число. Наприкінці порівняємо ваш заробіток з тим, що дало б одне незмінне число.

ваше число число бота

Ваша серія

#ВиБотВаші $Його $

Раунд 3 · Симуляція

Ланцюжок, натовп і розмір бонусу

Спершу пройдімо ланцюжок «на долар менше» до кінця. Потім подивимося, скільки приносить кожне число проти натовпу мандрівників і як усе змінюється, коли бонус більшає.

1 · Ланцюжок найкращих відповідей
Відкриється після відповіді в раунді 1: тут логіка підрізань проходить крок за кроком від 100 донизу.

2 · Скільки приносить кожне число
ЧеснийПише 100. Таких 10 з 45.
ХитрунПише від 95 до 99. Таких 23 з 45.
ЛогікПише 2. Таких 3 з 45.
НепередбачуванийБудь-яке від 3 до 94. Таких 9 з 45.

Частки «людей» узято з досліду Беккера, Картера і Наеве з теоретиками ігор: 45 учасників обрали одне число на всі ігри. Як саме розподілилися числа всередині груп, ми не знаємо, тож тут вони рівномірні.

Натовп «люди» складено за долями з одного справжнього досліду. Хто в ньому і що пише, відкриється після відповіді в раунді 1.

точно симуляція, 2 000 поїздок на точку ваше число, 10 000 поїздок
Ваше число: середня виплата
–
Найкраще число проти цього натовпу (точно)
–
Найменше число, 2 (точно)
–
Середня виплата всередині натовпу (точно)
–
3 · Коли натовп сам підлаштовується під бонус
Відкриється після відповіді в раунді 1: тут увесь натовп змінює свої числа, коли росте бонус.

«Шумні мандрівники» частіше пишуть числа, які приносять більше проти решти натовпу, але помиляються. Число, яке дає на $5 менше, кожен обирає майже втричі рідше (у 2,7 раза). Ми шукаємо натовп, який на власні помилки відповідає саме так, для кожного бонусу від $1 до $50.

середнє число, точно середня виплата, точно симуляція, 2 000 пар на точку

Раунд 4 · Пояснення

Чому логіка веде до 2, а люди туди не йдуть

Перший шар без формул, другий з таблицею і строгим доведенням, третій про те, що кажуть сам Басу, досліди і моделі «неідеальних» гравців.

На пальцяхкартинки, аналогії, маленькі числа

Шар «На пальцях» приховано на всіх задачах.

Ідея (без формул)

На долар менше — завжди трохи вигідніше

Якщо інший пише 100 і ви пишете 100, ви отримуєте $100. Якщо ви пишете 99, то ваша ціна менша: ви отримуєте $99 і ще $2 бонусу, разом $101. Тобто на крок нижче за іншого — краще, ніж поруч із ним.

Але інший думає так само. Він чекає від вас 99 і пише 98. Ви це передбачаєте і пишете 97… Якщо обидва бачать ланцюжок до кінця, він закінчується на 2, нижче не можна. Ця картка пояснює, куди веде логіка, але не чому люди туди не йдуть. Про це наступні картки.

Ціна логіки

Ідеальні логіки отримують по $2

Обидва пишуть 100по $100
Обидва пишуть 2по $2

Кожен крок ланцюжка розумний сам по собі, а разом вони коштують кожному $98. Ось що мав на увазі Басу: строга логіка, яку обидва знають і в якій обидва впевнені, тут шкодить обом.

Ризик і виграш

Довіра коштує $3, а може принести $97

Порівняйте 99 і 2. Якщо інший напише 2, з 99 ви отримаєте $0 замість $2. Якщо напише 3, отримаєте $1 замість $4. Гірше не буває: найбільша втрата $3. А якщо інший напише 100, з 99 ви отримаєте $101 замість $4, на $97 більше.

Щоб 2 було розумним, треба бути майже певним, що інший теж пройде ланцюжок до кінця. Живій людині такої певності взяти нізвідки.

Що показала симуляція

Проти людей найкраще 98, а гірше за всіх — 2

Проти натовпу, складеного за дослідом з теоретиками ігор, число 98 приносить у за поїздку, 100 — , а 2 — лише . Жодне інше число не приносить так мало.

Найкраще проти людей — бути на крок-два нижче за типове число натовпу, а не на сотню кроків.

Строготаблиці, графіки, формули

Шар «Строго» приховано на всіх задачах.

Таблиця виплат

Маленька гра: числа від 2 до 6

Рядки — ваше число, стовпчики — число іншого, у клітинці ваша виплата. У кожному стовпчику підкреслено найкращу відповідь. Вона завжди на одиницю менша за число іншого, а на 2 найкраще відповісти теж 2.

Пара чисел стійка, коли кожне з них — найкраща відповідь на інше. Підкреслене число стоїть на перетині саме з собою лише в стовпчику 2: тільки там «найкраще відповісти тим самим». Стійка пара одна, (2, 2).

Чому рівновага одна

Три випадки, і лише один стійкий

Різні числа. Той, хто написав більше, отримує меншу ціну мінус $2. Якщо він напише на 1 менше за іншого, отримає на долар меншу ціну, але плюс $2, тобто на $3 більше. А якщо інший написав 2, досить написати теж 2: це $2 замість $0. Отже, йому є куди покращитися, і пара нестійка.

Однакові числа, більші за 2. Обидва отримують це число. Хтось один, написавши на 1 менше, отримає на $1 більше: −1 за ціну, +2 бонусу. Нестійко.

Обидва пишуть 2. Хто напише більше, отримає 2 − 2 = $0 замість $2. Нижче писати не можна. Стійко: це рівновага Неша, і вона єдина.

Вилучення стратегій

98 кроків «це ніколи не краще»

Число 100 ніколи не краще за 99: проти 100 воно дає $100 замість $101, проти 99 — $97 замість $99, а проти решти чисел однаково. Розумний гравець 100 не пише. Але тоді й 99 ніколи не краще за 98 серед чисел, що лишилися. Викреслюємо 99, потім 98…

Після 98 таких кроків лишається тільки 2. Кожен крок вимагає ще одного рівня «я знаю, що він знає, що я знаю…». Саме це теоретики називають спільним знанням раціональності.

Для тих, хто любить формули

Виплата, рівновага і ризик

Виплата за ваше число x, коли інший пише y. R — бонус і штраф ($2 у Басу).

u(x,y)={x,x=yx+R,x<yy−R,x>y

На крок нижче за однакове число вигідніше, щойно бонус більший за крок. Тому за R > 1 жодна пара y = y > 2 не стійка, а за R = 1 стійкі всі однакові пари.

u(y−1,y)=y−1+R>y=u(y,y)⇔R>1

Разом двоє отримують подвоєну меншу ціну: бонус лише перекладає гроші від одного до іншого. Тому середня виплата в натовпі — це середня менша з двох цін.

u(x,y)+u(y,x)=2·min(x,y)

Написати верхню межу H замість нижньої L: найбільша можлива втрата і найбільший можливий виграш (за R ≥ 1).

втрата≤2R−1,виграш≤H−L−R
Глибшеузагальнення, теорія, історія

Шар «Глибше» приховано на всіх задачах.

Що каже сам Басу

Раціонально відкинути раціональність

Каушик Басу описав гру 1994 року в American Economic Review як парадокс раціональності, а 2007 року розповів про неї в Scientific American. Він не вважає, що люди, які пишуть велике число, просто помиляються. На його думку, людина може міркувати так: «напишу щось велике, скажімо 95, і чекаю, що інший напише щось схоже».

Басу визнає, що формально описати таку поведінку, коли раціональну відповідь раціонально відкидають, дуже важко. Тому гра досі слугує аргументом у суперечці про те, що таке раціональність.

Досліди

Малий бонус — високі числа, великий — рівновага

1999 року Моніка Капра, Якоб Гуре, Розаріо Гомес і Чарльз Голт грали дилему зі студентами за справжні гроші: ціни від 80 до 200 центів, бонус від 5 до 80 центів. З бонусом 5 центів середнє число було 180, з бонусом 80 — 120. У повторних іграх великий бонус штовхав гравців до рівноваги 80, а малий — до протилежного краю, 200.

Тобто рівновага не «хибна»: вона стає правдоподібною, коли бонус великий порівняно з розмахом цін. У раунді 5 є просте правило, коли саме.

Моделі неідеальних гравців

Шумна відповідь і рівні мислення

«Шумні мандрівники» з раунду 3 побудовані за моделлю, яку 1995 року запропонували Річард Маккелві і Томас Палфрі: гравці частіше обирають кращі варіанти, але не завжди, і рахують, що інші поводяться так само. Помилка вниз дешева, коли бонус малий, тому натовп тримається вгорі. Коли бонус великий, кожна помилка вгору дорожчає, і натовп сповзає до 2. Модель не потребує жодної «доброти» чи «довіри»: досить того, що люди не ідеальні і знають це одне про одного.

Інший погляд — рівні мислення: хтось робить один крок «на долар менше», хтось два, мало хто сто. Той самий ланцюжок «а він подумає, що я подумаю…» є і в грі «Вгадай 2/3 від середнього»: там теж виграє не той, хто думає найглибше, а той, хто на крок глибше за інших.

Раунд 5 · Масштабування

Від бонусу до цінових воєн

Спершу математика (коли рівновага стає правдоподібною), потім логіка (коли спільна раціональність шкодить усім), потім практика (цінова війна двох магазинів).

1 · Математика: бонус проти розмаху

Ціни від $2 до H, бонус і штраф R. Порівнюємо «написати H» з «написати 2».

Найбільша втрата–
Найбільший виграш–
Рівноваг–

Рівновага правдоподібна, коли бонус порівнянний із розмахом

Хто пише верхню межу замість нижньої, ризикує щонайбільше 2R − 1 доларами, а виграти може до H − L − R. Поки бонус малий, ризик дрібний, а виграш великий, і писати високо розумно. Коли 2R − 1 наздоганяє H − L − R, тобто R доходить приблизно до третини розмаху, довіряти вже дорого. У грі Басу це R ≈ 33: за такого бонусу вже більшість наших шумних мандрівників пише 2.

ДослідЦіниRПорігЩо писали

Поріг — третина розмаху, (H − L + 1)/3. Це грубе правило з нашого розрахунку, а не закон, але досліди йому відповідають.

2 · Логіка: на скільки кроків думати

Нульовий крок — написати 100. Кожен наступний крок — «інший зробить попередній, тож я на долар менше».

Ви отримуєте–
Інший отримує–

Найкраще бути на крок попереду, а не на сто

Хто думає рівно на крок більше за іншого, отримує найбільше. Хто думає на багато кроків більше, лише дарує гроші: його число зайве низьке. А якщо обидва думають без кінця, і кожен знає, що інший теж, — це спільне знання раціональності, — обидва опиняються на 2.

Спільне знання не завжди шкодить. У задачі «Блакитноокі острів'яни» одна фраза, яку всі й так знали, робить знання спільним і запускає довгий ланцюжок висновків. У дилемі мандрівника такий самий ланцюжок обходиться обом у $98.

3 · Практика: цінова війна

Два магазини продають однаковий товар, собівартість 20. Сто покупців беруть по одному там, де дешевше, а за рівних цін діляться навпіл.

Ваш прибуток–
Прибуток конкурента–

Той самий ланцюжок, тільки з цінами

За цін по 100 кожен магазин заробляє 50 × 80 = 4 000. Хто знизить ціну до 99, забере всіх покупців і заробить 100 × 79 = 7 900. Конкурент відповість 98… Перевірте повзунками: найкраща відповідь на будь-яку ціну вище 22 — на одиницю менша, і війна закінчується біля собівартості, 20–22. Цю модель конкуренції 1883 року описав французький математик Жозеф Бертран.

Справжні магазини рідко доходять до собівартості, і з тих самих причин, з яких люди в дилемі мандрівника пишуть високо: товари трохи різняться, покупці не завжди йдуть до найдешевшого, а конкуренти зустрічаються щодня і бояться відповіді. Найближче до моделі ринки, де товар однаковий, а ціни видно одразу. Схожа логіка є в тендерах, де виграє найнижча ціна, але там свої правила, і переносити висновок напряму не варто.

Бонус · Цікаві факти

Що розповісти друзям

1994

Парадокс раціональності

Каушик Басу опублікував гру в American Economic Review з підзаголовком «Парадокси раціональності в теорії ігор». Пізніше він був головним економістом Світового банку.

3 з 45

Теоретики ігор не грають у рівновагу

Тільман Беккер, Майкл Картер і Йорг Наеве запросили зіграти членів Товариства теорії ігор за справжні гроші. Із 45, хто обрав одне число на всі ігри, 2 написали лише троє, 100 — десятеро, а 23 обрали від 95 до 99.

$1 700

Приз за неідеальність

У тому досліді одного учасника обирали навмання і платили йому $20, помножені на його середню виплату в іграх. Переможець мав у середньому $85 і отримав $1 700. Число 2 не могло принести в середньому більше за $4.

180 → 120

Бонус має значення

У досліді Капри, Гуре, Гомеса і Голта ціни були від 80 до 200 центів. З бонусом 5 центів студенти писали в середньому 180, з бонусом 80 центів — 120. За логікою число мало бути 80 в обох випадках.

55%

Максимум у семи країнах

Аріель Рубінштейн запропонував варіант гри з цінами від 180 до 300 приблизно 2 500 людям із семи країн в інтернеті, без грошей. 55% написали максимум, 300, а рівновагу, 180, обрав менш ніж кожен сьомий.

99 > 100

Найчесніше число — найгірше з високих

100 ніколи не дає більше за 99 і інколи дає менше. Теоретики називають таку стратегію домінованою. Проте серед теоретиків ігор у досліді її обрали десятеро з 45.

Обговорення

Що ви думаєте?

Поділіться своїм поясненням, запереченням чи варіантом задачі. Для коментаря потрібен акаунт GitHub.

Рівень «Шкільна математика» відповідає задачі?

Дякуємо! Це допоможе точніше ставити рівні.

Розсилка

Нові задачі, пояснення й обговорення

Я поступово додаю нові задачі, інші способи їх пояснити й розбори дискусій. Залиште email, і я напишу, коли з'явиться щось нове. Без спаму, відписатися можна в один клік.

Форма підписки з'явиться тут найближчим часом.