Statische Spiele mit vollständiger Information

Statische Spiele mit vollständiger Information Wir beginnen nun mit dem Aufbau unseres spieltheoretischen Methodenbaukastens, indem wir uns zunächst die einfachsten Spiele ansehen. In diesen Spielen handeln alle Spieler gleichzeitig und jeder Spieler ist auch nur einmal am Zug, d.h. jeder Spieler führt nur eine Aktion aus. Derartige Spiele werden als statische Spiele bezeichnet. Ferner nehmen wir an, dass alle Spieler ihre eigenen Auszahlungen und die Auszahlungen aller anderen Spieler kennen, und zwar für jeden möglichen Spielausgang. Jeder Spieler kann sich daher vollständig in jeden anderen Spieler hineinversetzen und das Spiel auch aus dessen Perspektive analysieren. In diesem Fall sprechen wir ja von Spielen mit vollständiger Information. Hat ein Spieler die für sich selbst beste Strategie gefunden, kann er davon ausgehen, dass auch alle anderen Spieler wissen, dass dies seine beste Strategie ist und er diese wählen wird. Die Spieltheorie ist eine Theorie optimaler, interdependenter Entscheidungen. Sie empfiehlt den Spielern, jeweils ihre Beste-Antwort-Strategie zu wählen. Zur Wiederholung: Unter beste Antwort verstehen wir diejenige Strategie eines Spielers, die ihm die höchste Auszahlung gegen die von den anderen Spielern gewählten Strategien sichert. Bei der Befolgung der Anweisung Wähle Deine beste Antwort durch die Spieler können nun verschiedene Situationen auftreten. Im Idealfall führt die Befolgung dieser Empfehlung zu einer Situation, in der alle Spieler gleichzeitig ihr jeweiliges Maximum der Auszahlungen erreichen. Dieser Fall dürfte aber eher die Ausnahme sein! Tatsächlich gibt es eine Vielzahl von Spielen, bei denen die Befolgung des Ratschlags Wähle Deine beste Antwort durchaus problematisch erscheint. So gibt es Spiele, bei denen die besten Antworten für alle Spieler zwar eindeutig bestimmbar sind, der Spielausgang dann aber für alle Spieler sehr ungünstig ist. Andererseits könnten auch Situationen auftreten, in denen die besten Antworten nicht eindeutig zu bestimmen sind. Spieltheoretisch ausgedrückt: Es kann mehrere Gleichgewichte geben, wie wir in unserem Reisespiel oben bereits gesehen haben. Dann aber ist die Anweisung Wähle Deine beste Antwort nicht eindeutig, die Spieler wissen dann also nicht mit Sicherheit, welche Strategie sie wäh- S. Winter, Grundzüge der Spieltheorie, DOI.7/978-3-66--_, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 5

3 Statische Spiele mit vollständiger Information len sollten. Ebenfalls denkbar sind Spiele, bei denen immer einer der Spieler im Nachhinein seine Entscheidung ändern wollen würde. Dies wären Spiele, die keine Gleichgewichte im bisher bekannten Sinn haben. Was sollten die Spieler also dann tun? Wir werden zunächst damit beginnen, uns die Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten anzusehen. Anschließend analysieren wir Spiele mit problematischen Gleichgewichten und schließlich sehen wir uns noch Spiele ohne herkömmliche Gleichgewichte an. Zum Abschluss des Kapitels werden wir noch einige Anwendungen der Konzepte dieses Kapitels in der Wirtschaftswissenschaft diskutieren.. Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten Im Folgenden werden wir die Gleichgewichte von Spielen dann als unproblematisch bezeichnen, wenn sie eindeutig und effizient sind. Eindeutigkeit und Effizienz definieren wir wie folgt: Definition: Eindeutigkeit eines Spiels Gleichgewicht besitzt. Ein Spiel heißt eindeutig, wenn es nur ein Definition: Effiziente Strategiekombination Eine Strategiekombination heißt effizient, wenn es keine andere Strategiekombination gibt, die mindestens einem Spieler eine höhere Auszahlung und keinem Spieler eine geringere Auszahlung ermöglichen würde. Definition: Effizientes Gleichgewicht Ein Gleichgewicht heißt effizient, wenn es aus einer effizienten Strategiekombination besteht. Warum können wir eindeutige Spiele mit effizienten Gleichgewichten als unproblematisch ansehen? Dazu sehen wir uns nochmals die zentrale Verhaltensempfehlung der Spieltheorie an, die ja lautet, dass jeder Spieler seine Beste-Antwort-Strategie wählen soll. Wenn es aber mehrere Gleichgewichte gibt, dann gibt es auch mehrere Strategiekombinationen, in denen die Strategien aller Spieler wechselseitig beste Antworten aufeinander sind. Dann aber ist auch die Empfehlung, die Beste-Antwort-Strategie zu wählen, nicht eindeutig. Dann aber stünde jeder Spieler selbst dann noch vor einem Problem, wenn er die Spieltheorie verstanden hat und seine beste Antwort wählen will! Es bliebe also ein ernstes Entscheidungsproblem übrig. Wenn ein Spieler seine beste Antwort gewählt hat und alle anderen haben das auch getan, dann hat kein Spieler einen Grund, die Wahl seiner eigenen Strategie im Nachhinein zu bedauern. Wenn das Gleichgewicht zusätzlich effizient ist, dann gibt es im Nachhinein aber auch kein kollektives Bedauern. Denn nur bei einem ineffizienten Gleichgewicht wäre es ja möglich, durch die Wahl einer anderen Strategiekombination mindestens einen Spieler besser zu stellen, ohne einen anderen schlechter stellen zu müssen. Von daher sind ineffiziente Gleichgewichte deswegen problematisch, weil mindestens einer der Spieler ge-

. Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten 33 genüber einer anderen, möglichen Strategiekombination geschädigt wird, ohne dass sich dafür wenigstens ein anderer Spieler besser stellen würde... Effiziente Gleichgewichte dominanter Strategien Die Spieltheorie empfiehlt den Spielern, jeweils ihre Beste-Antwort-Strategie zu wählen. Sehen wir uns nun zunächst diejenigen Entscheidungssituationen an, in denen diese Empfehlung zu eindeutigen Entscheidungen aller Spieler bezüglich der optimalen Strategiewahl führt und das gefundene Gleichgewicht aus Sicht aller Spieler auch erstrebenswert erscheint. Beginnen wir mit einem Spiel, bei dem Nadine und Ulrich unabhängig voneinander entscheiden müssen, ob sie am Abend ins Kino oder ins Restaurant zum sollten. Die Matrixdarstellung des Spiels sei wie folgt: Ulrich Nadine Wenn wir uns das Spiel nun zunächst nur aus der Perspektive von Nadine ansehen, dann sieht sie sich mit folgenden Auszahlungen konfrontiert: Ulrich Nadine Nun lassen wir Nadine wieder Pfeile einzeichnen, mit denen sie angeben soll, in welcher Situation sie sich in welcher Richtung umentscheiden wollen würde. Dann erhalten wir folgende Darstellung:

3 Statische Spiele mit vollständiger Information Ulrich Nadine Wie wir sehen, würde sie sich in jeder Situation, in der sie sich zunächst für ihre Strategie entschieden hätte, nachträglich umentscheiden. Ihre Strategie ist also niemals ihre Beste-Antwort-Strategie, ganz egal welche Strategie Ulrich wählt. Im Umkehrschluss ergibt sich, dass Nadines Strategie immer ihre Beste- Antwort-Strategie ist. Egal, was Ulrich tut, für Nadine ist es immer die beste Entscheidung, die Strategie zu wählen. Definition: Dominante Strategie Eine Strategie, die die beste Antwort auf alle überhaupt möglichen Strategien aller anderen Spieler ist, wird auch als dominante Strategie bezeichnet. Eine Strategie ist dann dominant, wenn die Auszahlungen, die ein Spieler mit dieser Strategie erreichen kann, grundsätzlich höher sind als die Auszahlungen, die er mit einer beliebigen anderen seiner Strategien erzielen kann, egal was die anderen Spieler tun. Wir stellen fest, dass Nadines Strategie für sie tatsächlich eine dominante Strategie ist. Denn wenn Ulrich ebenfalls ins Kino geht, erreicht sie mit dieser Strategie eine Auszahlung von (statt, wenn sie Essen geht). Und wenn Ulrich Essen geht, erreicht sie immerhin noch eine Auszahlung von (statt ). Es folgt also, dass egal, welche Strategie Ulrich wählt, Nadines Auszahlung immer die höchste ist, wenn sie ihre Strategie Ins Kino gehen wählt. Wenn wir uns nun das Spiel aus Ulrichs Perspektive ansehen, und auch gleich die Pfeile eintragen, die anzeigen, in welcher Richtung er sich umentscheiden wollen würde, dann erhalten wir folgende Darstellung:

. Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten 35 Ulrich Nadine Wir sehen sofort, dass auch für Ulrich seine Strategie eine dominante Strategie ist. Da eine dominante Strategie immer die bestmögliche Strategie eines Spielers ist, ist die Empfehlung, genau diese Strategie auch zu wählen, eindeutig. Verfügt jeder Spieler über eine dominante Strategie, ist daher auch die Empfehlung der Spieltheorie eindeutig: Jeder Spieler sollte seine dominante Strategie wählen. Definition: Gleichgewicht dominanter Strategien Eine Strategiekombination SK, die jeweils die dominante Strategie jedes Spielers enthält, d.h. SK = Dominante Strategie Spieler ; Dominante Strategie Spieler ; heißt Gleichgewicht dominanter Strategien. Wenn ein Spiel ein Gleichgewicht dominanter Strategien besitzt, dann ist dieses Gleichgewicht auch das einzige Gleichgewicht des Spiels. Jedes Gleichgewicht dominanter Strategien ist ferner immer auch ein Nash-Gleichgewicht. Dies ist relativ einfach zu sehen. Das Vorliegen eines Nash-Gleichgewichts verlangt ja nur, dass die von den Spielern gewählten Strategien wechselseitig beste Antworten aufeinander sein müssen. Da aber dominante Strategien sogar beste Antworten auf alle möglichen Strategien aller anderen Spieler sind, sind dominante Strategien natürlich auch wechselseitig beste Antworten aufeinander. Es gilt daher: Jedes Gleichgewicht dominanter Strategien ist auch ein Nash-Gleichgewicht. Umgekehrt gilt dies natürlich nicht, wie wir bereits am Reisespiel von Konni und Sven gesehen haben. Dort hatten wir ja zwei Nash-Gleichgewichte gefunden, es hatte aber keiner der Spieler eine dominante Strategie. Daher hat das Reisespiel auch kein Gleichgewicht dominanter Strategien. Kommen wir nun nochmals zu Nadine und Uli zurück und tragen alle Auszahlungen und alle Pfeile mit möglichen Entscheidungswechseln ein. Auch die Pfeile zeigen an, dass es nur ein Gleichgewicht gibt, nämlich die Strategiekombination ;. Dies ist das einzige Gleichgewicht des Spiels, ein Gleichgewicht dominanter Strategien.

36 Statische Spiele mit vollständiger Information Ulrich Nadine Vergleicht man nun die Auszahlungen aller Strategiekombinationen, so erkennt man, dass beide Spieler im Gleichgewicht ihre höchsten, überhaupt möglichen Auszahlungen erreichen. Es gibt daher insbesondere keine andere Strategiekombination, in der beide Spieler simultan besser gestellt werden könnten als im Gleichgewicht. Unser hier behandeltes Spiel hat also ein effizientes Gleichgewicht. Da ferner in diesem Gleichgewicht auch alle Spieler individuell ihren höchsten, überhaupt möglichen Nutzenwert erzielen, gibt es in diesem Spiel offensichtlich auch keine Interessenkonflikte. Niemand würde von dem anderen wollen, dass er sich aus dem Gleichgewicht heraus umentscheiden würde, um die eigene Situation verbessern zu können. Diese Situation ist die spieltheoretisch unproblematischste. Der grundsätzlichen Empfehlung der Spieltheorie, die Beste-Antwort-Strategie zu wählen, kann hier also ohne Einschränkung oder nachträglichem Bedauern folgt werden. Zudem ist die Empfehlung, die beste Antwort zu wählen, auch noch eindeutig, so dass die Spieler genau wissen, was zu tun ist. Wir werden sehen, dass dies nicht immer so sein muss und dass die grundsätzliche Empfehlung der Spieltheorie Wähle deine beste Antwort mit erheblichen Problemen behaftet sein kann. Zunächst aber wenden wir uns einem weiteren Gleichgewichtskonzept zu, welches mit geringeren Anforderungen auskommt... Effiziente Gleichgewichte iterativer Dominanz Ein Gleichgewicht dominanter Strategien existiert nur dann, wenn jeder Spieler eine Strategie besitzt, die jeweils besser ist als jede seiner anderen Strategien. Dies wird in vielen Spielen nicht der Fall sein. Viel eher könnte es aber vorkommen, dass Spieler Strategien besitzen, die so schlecht sind, dass sie in keinem Fall gewählt werden sollten. Definition: dominierte Strategie Wenn eine Strategie S in jedem Fall zu geringeren Auszahlungen führt als eine Strategie S, so sagt man, dass die Strategie S von S dominiert wird.

. Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten 37 Wenn eine Strategie S dominiert wird, heißt das, dass der Spieler eine Strategie S besitzt, mit der er auf jeden Fall besser abschneidet als mit S. Es gibt daher keinen vernünftigen Grund, die Strategie S weiter in Betracht zu ziehen. Eine dominierte Strategie kann aus der Strategiemenge des Spielers gestrichen werden. Sehen wir uns das folgende Spiel an, bei dem zwei konkurrierende Bäckereibetriebe über ihre jeweiligen Strategien entscheiden müssen. Preise senken Sortiment erweitern 3 5 Nach kurzer Prüfung stellen wir fest, dass keiner der beiden Spieler eine dominante Strategie besitzt. Spielt z.b. die Strategie Sortiment erweitern wäre die beste Antwort der die Strategie Preise senken. Spielt Müller aber, so wäre die beste Antwort von Frischback. Frischbacks beste Antwort hängt also von Müllers gewählter Strategie ab, daher hat Frischback keine dominante Strategie. Mit den gleichen Überlegungen ergibt sich nun, dass auch Müller keine dominante Strategie hat. Daher existiert auch kein Gleichgewicht dominanter Strategien. Sehen wir uns das Spiel nun ausschließlich aus der Perspektive von an und zeichnen wieder die Pfeile ein, die anzeigen, in welcher Richtung er sich umentscheiden würde, so erhalten wir folgende Darstellung Preise senken Sortiment erweitern 3

38 Statische Spiele mit vollständiger Information Wie wir sehen, gibt es keine Zeile, d.h. keine Strategie, aus der nicht mindestens ein Pfeil hinausführt. Gerade das bedeutet aber, dass keine dominante Strategie hat. Wir sehen aber, dass alle Pfeile der dritten Zeile in die zweite Zeile zeigen. Dies liegt daran, dass die Auszahlungen der dritten Zeile, also der Strategie Sortiment erweitern, immer niedriger sind als die Auszahlungen der Strategie erweitern. Die Strategie Sortiment erweitern ist also eine dominierte Strategie. Da es keinen Grund geben kann, eine dominierte Strategie zu wählen und beide Spieler wissen, dass für Sortiment erweitern eine dominierte Strategie ist, werden beide Spieler diese Strategie aus ihren weiteren Überlegungen streichen! Preise senken Sortiment erweitern 3 5 Es verbleibt daher folgendes Spiel: Preise senken 3 Nach Elimination von Müllers dominierter Strategie ergibt sich aber eine neue Situation: Jetzt wird nämlich für die die Strategie Preise senken dominiert. Dies wissen ebenfalls beide Spieler, daher kann auch diese Strategie gestrichen werden:

. Spiele mit unproblematischen Gleichgewichten 39 Preise senken 3 Nach dieser erneuten Streichung einer dominierten Strategie verbleibt nun das folgende Spiel: Jetzt aber sehen beide Spieler, dass Müllers Strategie dominiert wird und gestrichen werden kann. Nach diesen ganzen Streichungsrunden verbleibt die Strategiekombination ZusätzlichenLaden; als das einzige Gleichgewicht des Spiels. Ein solches Gleichgewicht bezeichnen wir als Gleichgewicht iterativer Dominanz. Das Wort iterativ bedeutet wiederholend und bezieht sich auf das wiederholte Streichen dominierter Strategien. Wenn man so vorgeht, wie hier beschrieben, und das Streichen dominierter Strategien bis zum Ende durchführt, dann ist das so gefundene Gleichgewicht das einzige Gleichgewicht des Spiels. Es ist, wie schon das Gleichgewicht dominanter Strategien, gleichzeitig immer auch ein Nash-Gleichgewicht. Ferner gehen durch das Streichen dominierter Strategien niemals Gleichgewichte verloren. Im Folgenden werden wir häufiger Gebrauch von abstrakten Spielen machen. Wir werden den Spielern dann keine Namen mehr geben, sondern sie einfach als Spieler, Spieler usw. bezeichnen. Auch ihre Strategien werden wir nicht mehr inhaltlich füllen, sondern einfach von oberer Strategie, mittlerer Strategie oder linker bzw. rechter Strategie sprechen. Und selbst das werden wir noch abkürzen durch oben, mitte, links usw.

Statische Spiele mit vollständiger Information Wir wollen uns nun noch einen Sonderfall ansehen, bei dem wir das Streichen von Strategien nur in bestimmten Fällen begründen können, und die Begründung bei weitem nicht so gut ist, wie die Begründung dafür, dominierte Strategien zu streichen. Sehen wir uns dazu das folgende abstrakte Spiel an: Spieler links rechts Spieler oben unten Wie wir sehen, ist nur die Strategiekombination unten; rechts kein Gleichgewicht. Die anderen drei Strategiekombinationen sind aber Gleichgewichte. Die Anweisung Wähle deine beste Antwort ist also wiederum nicht eindeutig. Hier gibt es aber dennoch einen guten Grund, den Spielern zu empfehlen, das Gleichgewicht oben; links zu spielen. Wenn wir nun z.b. für Spieler seine beiden Strategien unten und oben vergleichen, dann stellen wir zwar fest, dass unten nicht von oben dominiert wird. Denn unten ist nicht in jedem Fall schlechter. Würde Spieler nämlich links spielen, wäre unten für Spieler genauso gut wie oben und nicht schlechter. Es müsste aber schlechter sein, damit unten dominiert würde, denn eine dominierte Strategie muss immer echt schlechter sein als die dominierende Strategie. Was wir aber sehen ist, dass unten niemals besser sein kann als oben. Definition: Schwach dominierte Strategie Eine Strategie S, die niemals besser sein kann als eine andere Strategie S und die in mindestens einer Situation echt schlechter wäre als S, nennen wir eine schwach dominierte Strategie. Die Strategie S heißt dann im Vergleich zu S schwach dominierende Strategie. Man kann nun auf den ersten Blick plausibel argumentieren, dass Spieler auch keine schwach dominierten Strategien wählen sollten, da sie mit diesen Strategien ja keinesfalls besser abschneiden als mit den schwach dominierenden Strategien. Diese Argumentation ist aber nur in Spielen wie dem eben betrachteten unproblematisch. Denn im Gegensatz zum streichen dominierter Strategien sehen wir gleich, dass das Streichen lediglich schwach dominierter Strategien dazu führen kann, dass Gleichgewichte verloren gehen können. Das war zwar im eben betrachteten Spiel eher ein Vorteil, es kann aber auch zum Nachteil werden. Sehen wir uns dazu folgendes Spiel an:

http://www.springer.com/978-3-66--