固定点、稳定分布、纳什均衡——一个困惑的消解

Fri, 10 Feb 2023 00:00:00 +0000

复制子动力学里的固定点、马尔可夫链的稳定分布、博弈论里的纳什均衡。

这三个东西，我第一次看到的时候，是当同义词处理的。

后来发现，不是。

曾经的误解

Fixed Point、Stationary Distribution、Nash Equilibrium。

三个术语，三个领域，三种直觉。听起来像是同一个数学对象的三个侧面。

囚徒困境里，它们确实是同一个东西。

但这不代表它们在任何情况下都等价。我花了点时间才把这个混淆搞清楚。

复制子动力学是一个常微分方程：

$$\frac{dx}{dt} = F(x)$$

固定点的定义很简单：

$$F(x^*) = 0$$

如果系统刚好到达 $x^*$，它就不再移动。

“速度为零"的点。确定性的。

随机过程里，系统永远在随机跳动。静止？不存在的。

于是换了个问题：长期后系统有多大概率出现在各状态？

这就是稳定分布。记作：

$$\pi P = \pi$$

这里 $P$ 是转移矩阵，$\pi$ 是概率分布。

含义是：经过一步随机演化后，概率分布保持不变。

本质上是特征值 $\lambda = 1$ 对应的特征向量。

这是策略概念。

没有人愿意单独改变策略。

它甚至不一定涉及时间。

以最简单的两状态马尔可夫链为例。

设群体只有两种状态：

状态向量：

$$p_t = \begin{pmatrix} P(\text{时刻 } t \text{ 在状态 0}) \\ P(\text{时刻 } t \text{ 在状态 1}) \end{pmatrix}$$

转移矩阵：