资源共享博弈理论与机制设计研究

Recently, with the rapid development of internet technology, the information resource and service, including network bandwidth, cloud storage, etc, can be circulated, exchanged and shared over the internet widely. The users share their resources with others according to a given resource allocation mechanism. But their selfishness also prompts them to manipulate the mechanism by playing some strategic behaviors to obtain better results. Therefore, the cooperation and competition among users coexist, which results in the resource sharing game..In this project, we will conduct an in-depth study on the resource sharing game, by exploring modern techniques from algorithmic game theory and information economics theory, and by the advanced tools from combinatorial optimization, algorithm design, mathematical programming and graph theory, etc. The overall aims of this project are: (1) to design fair and efficient resource allocation mechanisms, which also have the properties of incentive compatibility or bounded incentive ratios, corresponding to users’ different strategic behaviors. (2) to analyze the best response of users for different strategies, and to study Nash equilibriums, PoA and other related problems. (3) in the the collaboration model, to design the mechanisms and analyze the equilibriums, for different modes of group formation, different ways of resource sharing among groups and the different methods of resource assignment within groups. This is an interdisciplinary project with topics in the common part of combinatorial optimization, theoretical computer science and management science. It is expected that the implementation of this project will significantly advance related areas in algorithmic game theory, especially the study of resource sharing games. On the other hand, the expected results from this project may have important applications in a few practical areas, such as management science, information science, internet economics, etc.

随着当今互联网技术的迅猛发展，包括网络带宽、云存储在内的信息、服务等资源，在互联网中得以广泛流通、交换与共享。用户依照一定机制，相互之间分享资源；但固有的“自私性”会促使他们采取策略行为，操纵机制对资源的分配结果。因此用户之间的合作与竞争共存，形成资源共享博弈。.本项目将运用算法博弈论框架下最新成果，结合计算经济学理论，借助组合优化、算法设计、数学规划、图论等工具，深入开展资源共享博弈研究，其中包括：设计具有激励相容性或有限激励比，并兼顾高效性和公平性的资源分配机制；探讨用户最优反应策略、纳什均衡存在与计算等内容；在群体合作过程中，根据不同的群体形成方式、群体间资源交换方式以及群体内资源分享方式，进行资源分配的机制设计与均衡分析。本项目属于组合优化、理论计算机科学与管理科学的交叉学科课题，其研究成果对于促进网络资源及社会资源的高效、公平分配；保障共享经济效益；实现更高社会价值有着重意义。

随着互联网技术的迅猛发展，包括网络带宽、云存储在内的各类信息资源在互联网中得以广泛流通、交换与共享。用户依照一定机制，相互之间分享资源；但固有的“自私性”会促使他们采取策略行为，形成资源共享博弈。课题组从机制设计的角度出发，将市场均衡作为资源分配机制，讨论分配机制关于不同策略行为的鲁棒性，开展以下研究，取得了一定成果：.(1)证明了市场均衡机制在对等网络资源共享博弈中关于“谎报权重”和“谎报连接关系”的两类策略的诚实性。虽然市场均衡机制是各类市场模型下使用最为广泛的资源分配机制，但其诚实性问题一直是目前学术界研究的瓶颈，没有得到很好的解决。是否具有诚实性直接决定了该机制在现实应用中，能否避免用户通过策略行为赚取不应得利益，保证系统的正常运转。.(2)讨论了“女巫攻击”策略对对等网络资源共享博弈中市场均衡机制的影响。课题组通过实例首先证明了参与者可以通过“女巫攻击”提高效用，说明资源分配机制关于“女巫攻击”是非诚实的。之后，课题组引入“激励比”概念，即策略行为带来的最大效用与真实行为时的效用之比，来考察参与者的策略行为对资源分配机制的负面影响。课题组首先利用树、完全图、圈等特殊网络的结构特点，计算不同网络上市场均衡机制关于“女巫攻击”的“激励比”；进一步，课题组讨论一般网络上的情况，最终证明了“激励比”的上界和下界一致，均等于2，完全解决该问题。.此外，针对基于互联网平台的共享电动汽车市场，课题组提出一类设置联营公司的新型商业模式。该联营公司是由各运营平台和政府作为股东共同出资组建，股东享受盈利分红。联营公司负责电动汽车的生产和管理，通过将汽车租赁给运营平台以获取租金和管理收入。课题组建立Stackelberg博弈模型，可以预测市场需求，按需供给，避免出现供给剩余；同时模型中的联营公司让各运营平台共同承担了制造和管理成本，分散风险，可提供更为优质的服务。.课题组还进一步开展区块链理论、技术及应用研究。区块链系统的“去中心化”、“匿名化”等特点，让区块链上的各项活动易受攻击和威胁。如何保证各方按既定任务行动，维护系统稳定，是促进区块链技术快速发展的前提之一。课题组结合算法设计、算法博弈论以及经济学原理，采用创新性的方法与设计，通过对区块链上各项活动进行机制设计，保证系统的稳定运行。