Az objektumok igazságos elosztása a méltányos felosztási probléma egyik fajtája , amelyben a résztvevők között elosztandó tárgyak oszthatatlanok . Az objektumokat el kell osztani azon partnerek között, akik eltérően értékelik az objektumokat, és minden elemet egy egészben kell átadni egy résztvevőnek. Ez a helyzet több valós élethelyzetben is előfordul:
A tárgyak oszthatatlanságából következik, hogy az igazságos felosztás nem biztos, hogy lehetséges. Szélsőséges példa az az eset, amikor csak egy tárgy (mondjuk: ház) van, azt az egyik résztvevőnek át kell adni, de a többi résztvevő nem tartja tisztességesnek az ilyen döntést. Ez ellentétben áll a méltányos tortavágás problémájával , ahol a tárgy felosztható, és van igazságos megoldás a problémára. Egyes esetekben az oszthatatlanság problémája enyhíthető készpénzes fizetés bevezetésével , rotációval vagy egyes tárgyak elutasításával, [1] azonban ilyen megoldások nem mindig lehetségesek.
Az objektumok elosztásának feladata több összetevőből áll:
Ezeket az összetevőket az alábbiakban részletesen ismertetjük.
A preferenciák meghatározásának természetes módja az, hogy minden résztvevőt megkérünk, hogy rendeljen hozzá egy számot minden lehetséges elemkészlethez, azaz adja meg annak értékét számszerűen. Például, ha a kiosztandó tárgyak egy autó és egy motorkerékpár, a résztvevők egy autót 800-ra, egy motorkerékpárt 200-ra és egy {car, motorcycle} készletet 900-ra értékelhetnek (lásd az oszthatatlan áruk használati funkciói című cikket további példák). Két probléma van ezekkel a megközelítésekkel:
Az első probléma a mennyiségi hasznosság helyett a sorszámú hasznosság használatát ösztönzi . Az ordinális modellben minden résztvevőnek csak egy rangsort kell felmutatnia a különböző halmazok között, azaz meg kell mondania, hogy melyik objektumkészlet a legjobb, melyik a második helyen, és így tovább. Lehet, hogy egyszerűbb a pontos számok kiszámítása, de nehéz marad, ha az objektumok száma nagy.
A második probléma gyakran úgy oldható meg, hogy egyedi objektumokkal dolgozunk, nem pedig objektumgyűjteményekkel:
Egyes feltételezések szerint lehetséges az objektumpreferenciákat objektumkészlet-preferenciákká emelni [2] . Ezután az ügynökök jelentik pontszámaikat/rangsoraikat az egyes objektumokon, és az algoritmus pontszámokat/rangsorokat számít ki az objektumok objektumkészletein.
Az objektumok kiosztásának megkönnyítése érdekében gyakran feltételezik, hogy minden objektum független (tehát nem felcserélhető és nem is komplementer ) [3] . Akkor
Az additivitás azt jelenti, hogy minden résztvevő mindig választhat egy "preferált objektumot" az asztalon lévő objektumok közül, és ez a választás független a résztvevő által esetleg már meglévő objektumoktól. Ezt a tulajdonságot használják néhány igazságos osztási algoritmusban, amelyeket az alábbiakban ismertetünk [6] .
A kompakt preferencia-reprezentációs nyelveket a kombinatorikus preferenciák teljes kifejezőképessége és az additív preferenciák egyszerűsége közötti kompromisszumként tervezték. Tömören ábrázolják a hasznossági függvények néhány természetes osztályát, amelyek általánosabbak, mint az additív hasznosság (de nem annyira általánosak, mint a kombinatorikus hasznosság). Néhány példa: [7]
Az egyedi garanciális feltétel az a feltétel, amelyet minden egyes résztvevőnek teljesítenie kell, ha a résztvevő őszintén megadja preferenciáit. Az alábbiakban öt ilyen kritériumot mutatunk be. A leggyengébbtől a legerősebbig vannak rendezve (feltéve, hogy a becslések összeadódnak) [8] :
1. Max-min fair share ( angolul Max-min fair-share , MFS ): Az ügynök Max-min fair share (más néven max-min garantált részesedés) a legelőnyösebb halmaz, amelyet az ügynök garantálhat magának, ha megosztó fél a Delhi-és válassz . Egy kiosztás MFS-tisztességesnek mondható, ha bármely ügynök olyan halmazt kap, amely valamivel előnyösebb az MFS -jénél [9] . Az ügynök MFS-e úgy értelmezhető, mint az a maximális hasznosság, amelyet az ügynök remélhet elérni egy disztribúcióból, ha az összes többi ügynöknek ugyanazok a preferenciái, ha mindig az ügynök kapja a legrosszabb részesedést. Ez felfogható a minimális hasznosságnak, amelyre egy ügynök számíthat a következő érvelés alapján: ha az összes többi ágensnek ugyanazok a preferenciái, mint nekem, akkor van legalább egy eloszlás, amely megadja ezt a segédprogramot, és az összes többi ügynököt ( valamivel) gazdagabb. Ezért nincs okom kevesebbet adni. Ez egyben a maximális hasznosság is, amiben az ügynök biztos lehet az "én vágom, utoljára választom" elosztási játékban - az ügynök kínálja a legjobb disztribúciót, és a többi résztvevőre bízza a részvények kiválasztását, míg ő maga kapja meg az osztalékot. fennmaradó részesedés [8] . Az MFS méltányossága az alábbi tárgyalási folyamat eredményeként is leírható. Valamilyen elosztás javasolt. Minden ügynök tiltakozhat az elemek eltérő partíciójának javaslatával. Ennek során azonban lehetővé kell tennie az összes többi ügynök számára, hogy megválassza a részvényeit, mielőtt elvenné a sajátját. Ezért egy ügynök csak akkor tiltakozik egy disztribúció ellen, ha olyan partíciót tud felkínálni, amely mind jobb, mint az aktuális halmaz. Az eloszlás akkor és csak akkor MFS-tisztességes, ha az ügynökök egyike sem objektumot, azaz bármely partíció egyik ügynöke esetében van egy halmaz, amely valamivel rosszabb, mint a jelenlegi megosztása.
2. Proportional fair share ( angol arányos fair-share , PFS) : Az ügynök arányos fair részesedése egyenlő 1/ n hasznossággal a teljes tételkészletből. Az eloszlást arányosnak mondjuk, ha minden ügynök olyan halmazt kap, amelyet az ügynökök legalább egy igazságos arányos részesedésre értékelnek.
3. Fair Min-max-share ( eng. min-max-fair-share , mFS): Egy ügynök méltányos Min-max-részesedése egyenlő azzal a minimális hasznossággal, amelyet az ügynök más ügynökök esetén az elosztástól remél kapni. ugyanazok a preferenciák, mint ennek az ügynöknek, és ha mindig az ügynök kapja a legjobb részesedést. Ez a részesedés megegyezik azzal a minimális hasznossággal is, amelyet az ügynök a „Valaki más vág, én választok először” terjesztési játékban kaphat. Egy disztribúció mFS-tisztességes , ha minden ügynök olyan objektumkészletet kap, amelyet kissé preferál az mFS-jére [8] . Az mFS méltányossága a következő tárgyalási folyamat eredményeként írható le. Valamilyen elosztás javasolt. Mindegyik ügynök megkövetelheti, hogy egy másik ügynök eltérő kiosztást végezzen a megoldás során, így a kifogásoló ügynök választ először. Ezért az ügynök csak akkor tiltakozik a disztribúció ellen, ha minden partícióban van egy halmaz, amelyet határozottan előnyben részesít az aktuális halmazzal szemben. Egy kiosztás akkor és csak akkor mFS-fair, ha egyik ügynök sem tiltakozik ellene, azaz egyetlen ügynök esetében sem létezik olyan partíció, amelyben minden halmaz valamivel rosszabb, mint az aktuális részesedése.
Minden szubaditív segédprogramot használó ügynök esetében az mFS legalább . Ezért minden mFS-méltányos eloszlás arányos. Minden szuperadditív segédprogramot az MFS a legjobb esetben jelent . Ezért minden felosztás MFS-méltányos. Mindkét következmény akkor is erős, ha bármely ágens additív módon használható . Ezt szemlélteti a következő példa [8] :
3 ügynök és 3 elem van:A fenti következtetések nem igazak, ha az ágensek becslései nem szub/szuperaditívak [10] .
4. Irigység -mentesség ( EF) : bármely ügynök a saját készletét részesíti előnyben bármely más készlettel szemben. Az összes tétel irigységmentes terjesztése mFS-tisztességes. Ez közvetlenül következik az ordinális definíciókból, és nem függ az additivitástól. Ha a becslések additívak, akkor az EF-eloszlás is arányos és MFS-méltányos. Ellenkező esetben előfordulhat, hogy az EF-eloszlás nem arányos, sőt nem is MFS [10] . A részletes vitához lásd az Irigy cikkek elosztását .
5. Versenyegyensúly az egyenlő jövedelmekből ( ) : A kritérium a következő érveken alapul: az elosztási folyamatot úgy kell tekinteni, mint az egyensúly keresését a kínálat (egy olyan objektumok halmaza, amelyek mindegyike rendelkezik nyilvánosan elérhető becsléssel) és igény (az ügynökök vágyai, minden ügynöknek azonos költségvetése van az objektumok vásárlására). A versenyegyensúly akkor jön létre, ha a kínálat megfelel a keresletnek. A méltányossági érv egyszerű: az árak és a költségvetés mindenki számára azonos. A CEEI-től az EF következik, függetlenül az additivitástól. Ha az ágensek preferenciái additívak és szigorúak (minden halmaznak más az értéke), a CEEI Pareto-hatékonyságot jelent [8] .
A közelmúltban javasoltak néhány méltányossági kritériumot [11] :
6. Irigység -mentesség-kivéve-1 , EF1 : Bármely két A és B ágens esetén, ha a B halmazból eltávolítjuk az A számára legfontosabb elemet, akkor A nem irigyli B-t (más szóval az irigység szintjét). A ágens B résztvevőhöz legfeljebb egy külön objektumban fekszik). Monotonitás esetén az EF1 eloszlás mindig létezik.
7. Irigységmentesség-kivéve a legolcsóbb ( EFx ) : Bármely két A és B ágens esetén, ha eltávolítjuk a B ügynökből azt az elemet, amely a legkevésbé értékes A ügynök számára, akkor A nem irigyli B-t. Az EFx szigorúan erősebb, mint EF1. Nem ismert, hogy az EFx eloszlás mindig létezik-e.
A globális optimalitási kritérium egy adott szociális jóléti függvény alapján particionál :
A globális optimalizálási kritériumok előnye az egyedi kritériumokkal szemben, hogy a jólét-maximalizáló allokációk Pareto-hatékonyak .
Az ügynök MFS-számításának problémája NP-teljes – ezt úgy mutathatjuk ki, hogy a problémát levezetjük a számkészlet particionálási problémájából [8] .
Az MFS-kiosztás a legtöbb esetben létezik, de nem mindig. Nagyon ritka esetek, amikor nem létezik ilyen eloszlás [12] .
Az MFS-eloszlás létezésének meghatározásának problémája , azaz megoldható nem-determinisztikus polinomiális időben egy NP-nehéz probléma prediktorával (a prediktor szükséges az ügynök max-min-share kiszámításához). Ennek a problémának a pontos számítási bonyolultsága azonban továbbra sem ismert [8] .
Mindig léteznek olyan allokációk, amelyek minden résztvevő számára garantálják a fenti érték 2/3-át [12] . A terjesztési eljárást a spliddit webszolgáltatásban valósították meg [13] .
1. Tételezzük fel, hogy az ügynökök numerikus segédfunkcióval rendelkeznek az objektumokon. Ekkor az a probléma, hogy van-e arányos eloszlás, egy NP-teljes probléma – ezt a számhalmaz particionálási feladatából való redukcióval kaphatjuk meg [8] .
2. Tegyük fel, hogy az ágensek az objektumok sorrendi sorrendjében rendelkeznek azonos (preferencia szerinti) objektumok jelenlétével vagy hiányával. Ekkor a probléma, hogy szükségszerűen van-e arányos eloszlás, megoldható polinomiális időben - ezt úgy kaphatjuk meg, hogy abból az ellenőrzési feladatból redukálható, hogy egy bipartit gráf enged-e elfogadható b-illesztést ( egy olyan illesztést , amelyben az éleknek van kapacitása) [14] .
Két ügynökre létezik egy egyszerűbb algoritmus [15] .
3. Tételezzük fel, hogy az ügynökök sorszámú objektumokkal rendelkeznek, azonos (előnyös) elemek nélkül. Ekkor polinomiális időben megoldható az a probléma, hogy van-e szükségszerűen arányos eloszlás. Nem ismert, hogy ez igaz-e, ha az ágensek semlegességet fejezhetnek ki (vagyis megmutathatják, hogy két elem azonos értékű számára) [14] .
Az mFS ügynök kiszámításának feladata coNP-teljes .
Az a probléma, hogy létezik-e mFS-eloszlás , de ennek pontos számítási bonyolultsága továbbra is ismeretlen [8] .
Az irigységmentességet könnyebb elérni, ha feltételezzük, hogy az ügynökök értékelései pénzben kifejezve kvázi lineárisak, és ezért lehetővé teszik a kompenzáció átutalását az ügynökök között.
Demange, Gale és Sotomayor egy természetes, alulról felfelé építkező aukciót mutatott be, amely irigységmentes kiosztást eredményez, készpénzes kifizetésekkel egy objektumra (ahol minden licitáló legfeljebb egy tárgy iránt érdeklődik) [16] .
A Fair by Design egy általános terv irigységmentes optimalizálási problémákra, amely természetesen kiterjeszti az objektumok igazságos elosztását pénzbeli kifizetésekkel [17] .
Cavallo [18] az irigység hiányának, az arányosságnak és a hatékonyságnak (jólétnek) a hagyományos bináris kritériumait olyan mértékekre általánosította, amelyek 0 és 1 közötti tartományba esnek. A kanonikus igazságos felosztás feltételei között minden hatékony elosztási mechanizmusra , a jó közérzet foka legrosszabb esetben 0, az aránytalanság mértéke pedig 1. Vagyis a legrosszabb eset eredményei a lehető legrosszabbak. Ez erősen motiválja az átlagos eset elemzését. Olyan mechanizmust keresett, amely magas jólétet, alacsony féltékenységet és alacsony elvárások aránytalanságát éri el a méltányos megosztási beállítások spektrumában. Megmutatta, hogy a Vickrey-Clark-Groves mechanizmus nem kielégítő, a Bailey [19] és Cavallo [20] újraelosztási mechanizmus viszont igen.
Egy általános forma numerikus becslésével az egalitárius optimális eloszlások, vagy akár megközelítőleg optimális eloszlások megtalálása NP-nehéz probléma. Ezt a számhalmaz particionálási problémájából való redukcióval lehet bizonyítani . Minél korlátozottabbak a becslések, annál jobb közelítéseket kaphatunk [21] :
Nguyen, Ruus és Rote cikkében [22] és N.-T. Nguyen, TT Nguyen, Ruus és Rote [23] néhány erősebb eredményt mutat be.
Az additív hasznosság melletti egalitárius társadalmi jóléti optimalizálás egy speciális esetét "Mikulás-problémának" nevezik [24] . A probléma továbbra is NP-nehéz, és nem közelíthető 1/2-nél nagyobb tényezővel, de van egy közelítés [25] és egy bonyolultabb közelítés [26] . Lásd még Dal'Aglio és Mosca [27] cikkét a két partner elágazó és kötött algoritmusához .
A csökkenő szükségleti eljárás a szokásos értelemben vett egalitárius optimális felosztást adja vissza – maximalizálja a rangot, amikor az ügynök legalacsonyabb rangú csomagjait lineárisan rangsorolják. Ez tetszőleges számú ügynökkel és tetszőleges csomagsorrenddel működik.
Nguyen, Ruus és Rote cikkében [22] és N.-T. Nguyen, TT Nguyen, Ruus és Rote [23] bebizonyította, hogy nehéz az utilitarista és a Nash optimális eloszlások kiszámítása.
Nguyen és Rote [28] egy közelítő eljárást mutatott be Nash optimális eloszlására.
A komissiózási sorrend egy egyszerű protokoll, ahol az ügynökök felváltva választják ki az elemeket valamilyen előre meghatározott sorrend alapján. A cél egy olyan mintavételi sorozat megtervezése, amely maximalizálja a társadalmi jóléti függvény (pl. egalitárius vagy haszonelvű) várható értékét, bizonyos valószínűségi feltételezések mellett az ágensek becsléseire vonatkozóan.
A cikk-hozzárendeléssel kapcsolatos legtöbb kutatás azt feltételezi, hogy minden ügynök egyenlő részesedéssel rendelkezik. Sok esetben azonban vannak más részvényekkel rendelkező ügynökök. Az egyik ilyen eset a Miniszteri Kabinet pártok szerinti felosztása. Gyakran feltételezik, hogy minden pártnak a parlamenti mandátumok számával arányos számú minisztériumot kell kapnia. Lásd Brahms és Kaplan [29] , Aziz [30] és Segala-Helevy [31] tanulmányát a probléma és néhány megoldási javaslat megvitatásához.