A megosztott lakbér probléma [1] [2] egyfajta fair share -probléma , amelyben egyszerre kell oszthatatlan tárgyakat és fix pénzbeli árat megosztani. Az angol szakirodalomban ennek a problémának különböző nevei vannak, például Rental harmony , housemates problem [ 3] [4] és room- assignment -rent-division [5] [6] [7] [8] .
Tipikus feltételek mellett vannak olyan partnerek, akik a bérbeadó által kért áron bérelnek közös szobás lakást . Mindegyik partnernek megvannak a saját preferenciái – az egyik a nagy szobát részesíti előnyben, a másik a főútra néző szobát, és így tovább. A következő két problémát kell egyszerre megoldani:
Számos olyan tulajdonság van, amelynek teljesítéséhez szükségünk van.
Az irigység hiányából Pareto hatékonyság következik. Bizonyítás: (ellentmondás) tegyük fel, hogy van egy alternatív hozzárendelés ugyanazzal az árvektorral, amely szigorúan jobb legalább egy partner számára. Akkor a mostani elosztás mellett ez a partner féltékeny lesz.
A lakásmegosztás problémáját két különböző feltevés alapján vizsgálták a partnerek preferenciái alapján:
A kardinalitás magába foglalja az ordinalitást, hiszen mindig lehet preferenciarelációt építeni a becslések vektora szerint. Az ordinálisság általánosabb feltevés, és kevesebb mentális terhet ró a partnerekre.
Francis Su protokollja a következő feltételezéseket tartalmazza a partnerek preferenciáit illetően:
Normalizáljuk a helyiségek teljes fizetését 1-re. Ekkor bármely árséma egy pont a -dimenziós szimplexben, amelynek csúcsai . A Su-protokoll ennek a szimplexnek a kettős változatán a Simmons-Su tortavágó protokollokhoz hasonlóan működik - a duális szimplex háromszögelésének bármely olyan csúcsa esetén, amely megfelel egy bizonyos ársémának, az algoritmus megkérdezi a partnert, hogy szobát szeretne ebben az árrendszerben?". Ez a kettős szimplex Sperner-színéhez vezet, majd van egy kis alszimplex, amely megfelel a szobák és a kifizetések hozzávetőleges eloszlásának, irigység nélkül.
A Su protokoll olyan disztribúciók sorozatát adja vissza, amelyek irigység nélkül konvergálnak egy disztribúcióhoz. Az árak mindig nem negatívak. Ezért az eredmény kielégíti a nem-negativitás és az OP követelményeit.
Sun [10] és Procaccia [11] népszerű magyarázatot adott Su lakásmegosztási protokolljára.
A Francis Su Fair Division oldala [ 12] és a Divide Your Rent Fairly [13] online megvalósítással rendelkezik.
Azrieli és Shmaya [2] általánosította Su megoldását egy olyan helyzetre, amelyben az egyes helyiségek kapacitása nagyobb lehet, mint egy (vagyis néhány partner osztozhat ugyanazon a helyiségen).
Irigység nélkül bizonyították az elosztás létezését a következő feltételek mellett:
A bizonyítás során használt fő eszközök:
Megoldásuk ugyanabban az értelemben konstruktív, mint Su megoldása – van egy eljárás, amely a megoldásokat tetszőleges pontossággal közelíti.
V. Mind a Su protokollban, mind az Azrieli és Shmaiya protokollban az egyes partnerek preferenciakapcsolatai megengedettek (de nem kötelezőek), hogy a teljes árvektortól függjenek. Vagyis a partner azt mondhatja: "Ha az A szoba 1000-be kerül, akkor a B szobát preferálom a C szobával szemben, de ha az A szoba csak 700-ba kerül, akkor a C szobát részesítem előnyben a B helyett."
Számos oka van annak, hogy ez az általánosítás hasznos lehet [2] .
B. Su megoldása, valamint Azrieli és Shmaya megoldása „fukar bérlőt” feltételez – azt feltételezik, hogy a bérlő mindig előnyben részesíti az ingyenes szobát a pozitív árú szobával szemben. Ez a feltételezés erős és nem mindig reális. Ha az egyik szoba nagyon rossz, előfordulhat, hogy néhány bérlő akkor sem akar ilyen szobában lakni, ha a fizetés nulla. Ez a kardinális változatban könnyen belátható - ha figyelembe vesszük, hogy az A szoba 0, a B szoba 100, míg az A szoba ingyenes, a B szoba pedig 50, akkor határozottan a B szobát részesíti előnyben.
Su [1] ennek a feltevésnek a enyhítését a következőképpen javasolta: ha van szabad szoba, minden partner soha nem a legdrágább szobát választja. Ehhez nem kell szabad szobát választania. Ez különösen akkor érvényes, ha a személy mindig előnyben részesíti az ingyenes szobát a legalább teljes árú szobával szemben. Azonban még ez a gyengített feltevés is irreálisnak bizonyulhat, mint a fenti példában [14] .
Amint azt fentebb kifejtettük, a kardinális változat bemenete egy ajánlati ármátrix – minden partnernek minden szobára licitálnia kell, jelezve, hogy mennyit értékel az adott szobára (mondjuk rubelben vagy dollárban).
A kardinális döntések kulcsfogalma a maximális összeg eloszlása. Ez a szobapartnerek elosztása, amely maximalizálja az ajánlati árak összegét. A maxsum-os eloszlás megtalálásának problémája hozzárendelési feladatként ismert, és a magyar algoritmussal időben (hol a partnerek száma) megoldható . Bármely OZ eloszlás maxsum, és bármilyen maxsum eloszlás EP [4] .
A két követelmény, az irigység hiánya és a fizetés negativitása, nem mindig kompatibilis. Tegyük fel például, hogy a teljes ár 100, és a becslések a következők:
1. szoba | 2. szoba | |
---|---|---|
Partner 1 | 150 | 0 |
Partner 2 | 140 | tíz |
Itt csak a maximális összeg eloszlása adja az 1-es szobát az 1. partnernek, a 2-es szobát pedig a 2. partnernek. Annak érdekében, hogy a 2. partner ne legyen féltékeny, az 1. partnernek 115-öt, a 2. partnernek pedig −15-öt kell fizetnie.
Ebben a példában a becslések összege nagyobb, mint a teljes költség. Ha a pontszámok összege megegyezik a teljes költséggel, és két vagy három partner van, akkor mindig létezik OD és HO eloszlás [15] . De négy vagy több partner esetén az OD és a DO ismét összeegyeztethetetlennek bizonyulhat, mint a következő példában (bizonyítást lásd Brahms cikkében [16] ):
1. szoba | 2. szoba | 3. szoba | 4. szoba | |
---|---|---|---|---|
Partner 1 | 36 | 34 | harminc | 0 |
Partner 2 | 31 | 36 | 33 | 0 |
Partner 3 | 34 | harminc | 36 | 0 |
Partner 4 | 32 | 33 | 35 | 0 |
Megjegyzendő, hogy ez a példa nem fordul elő az ordinális változatban, mivel az ordinális protokoll a "fukar partnerek" feltételezést teszi, ahol a partnerek mindig a szabad szobákat részesítik előnyben. Ha ez a feltevés igaz, mindig van egy OD+HO eloszlás. A fenti példában azonban a feltételezés meghiúsul, és az OD+HO eloszlás nem létezik. Ezért a kardinális változat protokolljainak kompromisszumot kell keresniük a DO és a DO között. Mindegyik protokoll más-más kompromisszumot köt.
Brahms és Kilgour [8] [17] megszakítási eljárást javasolt :
Az utolsó lépés mögött az az elképzelés áll, hogy a következő (minimális) pontszám a teremért folyó „versenyt” jelenti. Ha a következő legmagasabb ajánlatot tevő partner több helyet szeretne, akkor ennek többe kell lennie. Ez hasonló a Vickrey aukcióhoz . A Vickrey aukción azonban a fizetés teljes mértékben a bejelentett áraktól függ, és a gap eljárásban a kifizetések csak részben függetlenek. Ezért a break eljárás nem sérthetetlen .
A gap eljárás mindig nem negatív árakat rendel hozzá. Mivel a hozzárendelés maxsum, nyilvánvaló, hogy Pareto-hatékony is. Egyes partnerek azonban féltékenyek lehetnek. Vagyis a törési eljárás kielégíti a DE-t és az EP-t, de nem az EP-t.
Ezenkívül a megszakítási eljárás irigységgel teli eloszlást adhat vissza, még akkor is, ha létezik OD-eloszlás. Brahms ezt mondta erről a problémáról: „A rés árak figyelembe veszik a versenyt az ajánlattételi árakban, amelyek piacképessé teszik az ármechanizmust. Bár az irigység hiánya kívánatos tulajdonság, én inkább a piacszerű mechanizmust részesítem előnyben, ahol konfliktus van a két tulajdonság között; a partnereknek többet kell fizetniük, ha ajánlataik versengenek, még akkor is, ha ez irigységhez vezet” [18] .
Haake, Wraith és Su [7] egy kompenzációs eljárást mutatott be . A probléma, amelyet ez az eljárás megold, bizonyos szempontból általánosabb, mint a közös lakásbérlés problémája:
A partnerekkel szemben „képzettségi követelmény” van – a jelentkezések összege nem lehet kevesebb, mint a teljes költség.
Az eljárás a következő lépésekből áll.
Ha sok objektum és összetett kényszer van, akkor az eloszlás maximális összegének megtalálásának kezdeti lépése számítógép nélkül nehéz lehet. Ebben az esetben a „kompenzációs eljárás” tetszőleges elosztással indulhat. Ebben az esetben az eljárás az irigység ciklusait tartalmazó eloszlással végződhet . Ezek a hurkok eltávolíthatók, ha csomagokat mozgatnak a hurok körül. Az ilyen átutalás szigorúan növeli a hasznosság teljes összegét. Ezért korlátozott számú iteráció után a rendszer megtalálja a maximális összegű eloszlást, és az eljárás a fentiek szerint folytatható az irigységmentes eloszlás eléréséhez.
A kompenzációs eljárás negatív kifizetéseket rendelhet egyes partnerekhez (vagyis pozitív pénzösszegeket ad a partnereknek). Ez azt jelenti, hogy a kompenzációs eljárás OC, de nem NA. A szerzők azt mondják:
„Nem zárjuk ki azokat a helyzeteket, amikor egy embert mások fizetnek. A tisztességes felosztás keretében ezt egyáltalán nem látjuk problémának. Sőt, ha a csoport egyik tagjától sem akar megszabadulni, nincs ok arra, hogy a csoport ne támogassa azt a tagot, aki nem kívánt (mások számára) tárgycsomagot kap. Ezenkívül a minősítési követelmény biztosítja, hogy a támogatások ne származzanak abból, hogy a játékosok alábecsülik a teljes tárgykészletet” [19] .Más szerzők azonban azzal érvelnek, hogy egy tipikus bérleti forgatókönyv esetén
„Azt a bérlőt, akihez negatív megélhetési költséggel rendelnek szobát, több másik bérlő is támogat. Előfordulhat, hogy ilyen helyzetben inkább üresen hagyják a szobát, és megválnak a szobát elfoglaló szobatárstól, ugyanis kedvezményt kapnak a szállás árából. Az ilyen helyzetek elkerülése érdekében a helyiségek negatív díját ki kell zárni” [4] .Abdulkadiroglu, Sönmez és Unver [5] a piaci mechanizmuson alapuló megközelítést javasolta. Ez az angol aukció és a holland aukció kombinációja . A legegyszerűbben folyamatos árverésnek nevezik:
A gyakorlatban nem szükséges folyamatosan változtatni az árakat, hiszen csak azok az árak érdekesek, amelyeknél egy vagy több partner követelményrendszere megváltozik. Előzetesen meghatározhatunk egy számunkra érdekes árkészletet, és a folyamatos árakat tartalmazó aukciót diszkrét áras aukcióvá alakíthatjuk. Az ilyen diszkrét árakkal rendelkező aukció véges számú lépés után leáll [20] .
Az így létrejött elosztás mindig mentes az irigységtől. Az árak negatívak lehetnek, mint Haake, Wraith és Su eljárásában. Ezzel az eljárással ellentétben azonban az árak nem negatívak, ha van egy OD eloszlás nem negatív árakkal.
Son és Vlah [4] az eloszlások következő általános tulajdonságát bizonyították:
Ezen tulajdonságok alapján a szerzők a következő algoritmust javasolták:
A maxsum eloszlás és a minimális árak végrehajtásának bonyolultsága egyenlő .
Úgy tűnik, a Son and Vlach megoldása rendelkezik az előző protokollok összes kívánt tulajdonságával, azaz OZ, NO (ha lehetséges), polinomiális futási idővel, és ráadásul garantálja, hogy minden irigy partner kap egy szabad szobát. A "Szobák hozzárendelése és bérbeadása" [21] cikk egy hasonló megoldás megvalósítását tartalmazza, amely szintén egy lineáris programozási probléma megoldásán alapul, de a cikk más munkákra hivatkozik.
Gal, Mash, Procaccia és Zeke [22] megfigyelték a www.spliddit.org webhelyen található bérelosztó alkalmazással kapcsolatos tapasztalataik alapján, hogy az irigység hiánya önmagában nem elég a résztvevők vágyainak kielégítéséhez. Ezért építettek egy lineáris programozáson alapuló algoritmikus apparátust olyan eloszlás kiszámítására, amelyben nincs irigység, és amely bizonyos kritériumokat optimalizál. Elméleti és kísérleti tesztek alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a maximin kritérium - egy szer minimális hasznosságának maximalizálása, figyelembe véve az irigység hiányát - optimális eredményt ad.
Vegye figyelembe, hogy mivel megoldásuk mindig OZ, negatív árakat adhat vissza.
A legtöbb kardinális modellt használó cikk azt feltételezi, hogy az ágensek kvázi lineáris hasznossági függvényekkel rendelkeznek – hasznosságuk egyenlő a szoba értékével mínusz az ár. A valóságban azonban az ügynököknek költségvetési korlátai vannak – ha egy szoba ára magasabb, mint a költségvetésük, a hasznosság sokkal gyorsabban csökken, mint a linearitás. Procaccia, Vélez és Yu [23] tanulmányozták ezt a modellt, és bemutattak egy algoritmust annak meghatározására, hogy van-e olyan OD eloszlás, amely kielégíti a költségvetési korlátokat, és ha igen, akkor az algoritmus talál egy további igazságossági kritériumot kielégítő eloszlást.
Az összes áttekintett protokoll feltételezi, hogy a partnerek őszinték a becsléseiket illetően. A stratégiák nem sebezhetetlenek – a partner hibás érték megadásával nyerhet. Ráadásul a stratégia sebezhetetlensége összeegyeztethetetlen az irigység hiányával – nincs protokoll egy olyan determinisztikus sebezhetetlen stratégiához, amely mindig irigységmentes elosztást ad. Ez akkor is igaz, ha csak két partner van, és az árak negatívak is lehetnek. Bizonyítás : Tegyük fel, hogy a teljes ár 100, és a partnerek becslései a következők (hol vannak a paraméterek és ):
1. szoba | 2. szoba | |
---|---|---|
Partner 1 | 100 | x |
Partner 2 | 100 | y |
Csak a maximális kiosztás ad az 1. szobát az 1. partnernek és a 2. szobát a 2. partnernek. Legyen a 2. szoba ára (tehát az 1. szoba ára ). Annak érdekében, hogy a partner 1 ne irigykedjen, el kell végezni . Annak érdekében, hogy ne irigyeljük a 2. partnert, végre kell hajtani .
Tegyük fel, hogy a determinisztikus protokoll az árat az intervallumból valamilyen értékre állítja be . Ha az ár nagyobb, mint , akkor a 2. partnert arra ösztönzi, hogy alacsonyabb értéket adjon meg , amely nagyobb marad , hogy a fizetését közelebb csökkentse . Hasonlóképpen, ha az ár alacsonyabb, mint , akkor az 1. partnernek van oka magasabb árat felszámítani a -ra , amely alacsonyabb marad , hogy oldalirányban növelje a 2. partner fizetését (és ezáltal csökkentse saját befizetéseit). Ezért a mechanizmus nem lehet sebezhetetlen stratégia.
A kutatók kétféleképpen kezelik ezt a lehetetlenséget.
A problémának van egy olyan változata, ahol ahelyett, hogy azt feltételeznénk, hogy egy ház összköltsége fix, azt feltételezzük, hogy minden helyiségre van egy maximális költség. Ebben a változatban létezik egy sebezhetetlen stratégia mechanizmusa - egy determinisztikus elosztási szabály, amely az összegben kiválasztja a minimális árat, egy sebezhetetlenségi stratégia [24] .
Ez az eredmény általánosítható az oszthatatlan tárgyakra való nagyobb rugalmasság és a koalíciós stratégia stabilitásának bizonyítása érdekében [25] [26] .
Visszatérve a lakások tisztességes felosztásának eredeti problémájához, szóba jöhet a véletlen mechanizmusa . A véletlenszerűségi mechanizmus egy valószínűségi eloszlást ad vissza a szobák eloszlására és a fizetés eloszlására. A véletlenszerűségi mechanizmus tisztességes elvárás , ha egyetlen partner sem növeli a hasznosság várható értékét azzal, hogy hamisan adja meg a szobák értékelését. A véletlenszerűségi mechanizmus méltányossága többféleképpen mérhető [6] :
1. Az irigység előzetes hiánya azt jelenti, hogy nincs olyan partner, aki irigyelné a sorshúzással bármely másik partner szobáját. Ez a feltétel triviális teljesítése: minden eloszlást egyenlő valószínűséggel választunk ki, és minden partnerhez összköltségdíjat rendelünk. De ennek a feltételnek nem sok haszna van, mivel nagy az esély arra, hogy sok partner féltékeny lesz a végső elosztásnál. Lehet, hogy nem elégedettek azzal, hogy a lottó tisztességes volt.
2. Az irigységmentesség garantált valószínűsége ( GPEF ) azt jelenti, hogy van egy bizonyos valószínűség , amelynél a résztvevők értékelésétől függetlenül legalább nem lesz irigység a végső döntésben. A GVOZ-t a következő módon lehet megszerezni: irigység nélkül megtaláljuk a terjesztést; véletlenszerűen kiválasztunk egy egész számot , és a ciklus partnereit áthelyezzük a jobb oldali helyiségbe. Ez a véletlenszerű mechanizmus méltányos, mivel minden partner azonos valószínűséggel tartózkodik minden szobában, és egy várható ár a teljes költségben, függetlenül a partner bejelentett áraitól. Az eloszlás CV megszerzésének valószínűsége egyenlő annak valószínűségével, hogy , ami pontosan egyenlő . Ez nem különösebben biztató, mivel a partnerek számának növekedésével annak valószínűsége, hogy nem lesz féltékeny, 0-ra hajlik, de nincs mód arra, hogy jobb legyen, mivel a GVOA egyetlen becsületes elvárás mechanizmusában sem haladja meg a .
3. Az irigységmentes partnerek várható száma ( ENEF ) azt jelenti, hogy van valamilyen egész szám , így ha meghatározzuk azoknak a partnereknek a számát, akik nem irigylik a mechanizmus összes lehetséges kimenetelét, a becslésektől függetlenül a partnerek nem haladják meg a várakozást . A POCH teszt alkalmasabbnak tűnik, mint a HLOT teszt, mert nemcsak az irigység teljes hiányának valószínűségét méri, hanem azon esetek minőségét is, amikor a terjesztés nem teljesen mentes az irigységtől. Egy becsületes függőben lévő mechanizmus maximális OCHBZ értéke nem haladja meg a . Lehetőség van erre a szegélyre . Létezik ugyanis egy őszinte várakozási mechanizmus, amely majdnem eléri ezt a határt – a TWBZ egyenlő a . A fő gondolat a következő. A Vickrey-Clark-Groves mechanizmus segítségével kiszámítjuk a megbízást a maximális összeggel és a kifizetések összegével. Véletlenszerűen válasszon partnert. Hagyja figyelmen kívül ezt a partnert, és használja újra a Vickrey-Clark-Groves mechanizmust. Az eredményeket úgy kombináljuk, hogy garantáljuk a teljes költség teljes kifizetésének egyenlőségét (a részleteket lásd a cikkben). Meg lehet mutatni, hogy
a) a mechanizmus tisztességes folyamatban van (b) minden partner, kivéve azt, akit figyelmen kívül hagynak, nem lesz féltékenyEzért az OCHBZ egyenlő . A modellezés azt mutatja, hogy az esetek körülbelül 80%-ában a HLH nem haladja meg ezt a mechanizmust .
A sérthetetlenségi követelmény lehetséges enyhítése a "manipulálhatóság fokának" minimalizálására tett kísérlet [27] . Ezt úgy határozzák meg, hogy minden esetben megszámolják a szabályokat manipulálni képes ügynökök számát. A legelőnyösebb igazságos elosztási szabályokat minimálisan manipulálják (egyénileg és koalícióban egyaránt), mind a méltányosság, mind a költségvetési egyensúly szempontjából. Az ilyen szabályok az összes igazságos és kiegyensúlyozott eloszlás közül azt a disztribúciót választják ki, amelynek maximális számú ügynöke a maximális hasznosság.