2 Teoria Gier i Decyzj uzytecznosc pieniedzy


A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
normatywnej teorii decyzji.
2. Uwagi na temat użyteczności pieniędzy
W wielu sytuacjach praktycznych, zwłaszcza w działalności
gospodarczej, perspektywy mo\na wyrazić jako sumy pienię\ne. Miarami
ilości pieniędzy są pewne liczby jednostek monetarnych (złotych, euro,
dolarów itp.). W takich przypadkach często a nawet zwykle traktuje się
liczby owych jednostek monetarnych jako u\yteczności lub jako liczby
proporcjonalne do u\yteczności, to jest zakłada się, \e u(M) = M lub u(M) =
kM. Objawia się to tym, \e często w problemach decyzyjnych (np. zadaniach
optymalizacyjnych) dą\ymy do maksymalizacji uzyskanych kwot pieniędzy
lub minimalizacji kwot wydawanych. Ale jeśli nawet świadomie zaniedbamy
fakt, \e taka funkcja u\yteczności pomija inne aspekty perspektyw (np.
etyczne i humanitarne), to i tak ta skala wartości zwykle nie jest całkowicie
odpowiednią podstawą analizy problemów decyzyjnych dotyczących
pieniędzy. Przykład tak zwanego  paradoksu petersburskiego" jest ilustracją
wynikających stąd trudności.
Przykład (Paradoks Petersburski) Proponują Wam za opłatą,
następującą perspektywę losową. Zostanie Wam wypłacona kwota 2N
złotych, pod warunkiem, \e w serii rzutów monetą pierwszego orła uzyskacie
dopiero w N-tym rzucie. Oznacza to, \e jeśli orzeł wypadnie za pierwszym
razem otrzymacie 2 zł , jeśli za pierwszym razem reszka a orzeł za drugim
dostaniecie 22=4zł , & ., jeśli przez pierwszych 9 rzutów wypadną reszki a
orzeł wypadnie za 10 to otrzymacie 210=1024 zł, itd. Jaką opłatę zgodzicie
się wnieść za udział w tej loterii? Zastanówmy się co wasza (nieznana mi)
odpowiedz oznacza dla przypuszczenia, \e u\yteczność pieniędzy jest dla
was proporcjonalna do ich ilości, tzn. \e jest funkcją liniową. Oznaczmy
Strona 26
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
naszą grę jako mieszankę L = [ l, 2, 3, ...](1/2 ,1/4,1/8,...). Jak wiadomo
prawdopodobieństwo uzyskania pierwszego orła dopiero w N tym rzucie jest
równe 1/2N. Zatem, zakładając, \e u\yteczność pieniędzy jest funkcją
liniową, tzn. u(M) = k M, dla dowolnej skończonej liczby N otrzymujemy:
N "
1
n n
u(L) e" =
"u(2 ) 2n = "k2 1 k(1+1+1+ .... +1) = kN
2n
n=1 n=1
Poniewa\ N mo\e być dowolnie du\e, więc okazuje się, \e u(L)=" .
Okazało się więc, \e je\eli u\yteczność pieniędzy mierzy się wielkością
proporcjonalną do ich kwoty, to powinniście zgodzić się na wniesienie ka\dej
opłaty w zamian za mo\liwość uczestnictwa w tej grze, poniewa\
u\yteczność loterii wynosi nieskończoność, a zatem z własności A funkcji
u\yteczności wynika, \e loteria ta jest dla nas bardziej atrakcyjna od
dowolnej kwoty pieniędzy (np. 1 mln zł) bo u\yteczność dowolnej,
określonej kwoty pieniędzy jest skończona. Jasne jest, \e ludzie zdrowi na
umyśle nie wniosą dowolnie wielkiej zapłaty za udział w tej loterii - na ogół
nie chcą wnosić nawet skończonych, ale wysokich opłat za udział w tej grze.
Wynika z tego, \e u\yteczność pieniędzy nie jest liniową funkcją ich ilości.
W rzeczywistości badania behawioralne wykazują, \e większość
ludzi ma nieliniową funkcję u\yteczności pieniędzy. Na przykład całkowity
kapitał wielkości kilku groszy jest tak samo zły jak zupełny brak pieniędzy
 czyli u\yteczność sum groszowych jest w istocie zerowa. Z drugiej strony
perspektywa otrzymania dwu miliardów złotych nie jest du\o atrakcyjniejsza
ni\ perspektywa jednego miliarda - z pewnością nie jest dwukrotnie
atrakcyjniejsza! Gdy wielkość kapitału osiąga takie wy\yny, przyrosty
u\yteczności zdają się stopniowi maleć. Na rysunku 1 pokazano typowy
wykres funkcji u\yteczności u(M), wykreśloną względem kapitału
Strona 27
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
całkowitego M - krzywa ta ilustruje funkcje u\yteczności pieniędzy
charakterystyczne dla większości ludzi. Jest ona zawsze funkcją rosnącą,
zgodnie z obserwacją, \e im większa jest ilość pieniędzy, tym większa jest jej
atrakcyjność. W normalnych sytuacjach nie zdarza się, by większy kapitał
był mniej  u\yteczny" ni\ mniejszy, niezale\nie od osobistego stosunku
decydenta do pieniędzy. Wszak gdyby na przykład był pieniądzom zupełnie
niechętny właściciel kapitału mógłby nadmiar spalić, zakopać lub oddać
komuś (np. bardziej potrzebującym) osiągając w ten sposób wy\szą
u\yteczność.
u(M)
M
Rys.1 Typowy kształt funkcji u\yteczności pieniędzy
W trakcie rozwiązywania konkretnego problemu decyzyjnego
wygodnie jest czasem skupić uwagę na małym fragmencie krzywej
reprezentującej u(M), czyli naszą funkcję u\yteczności pieniędzy, a
mianowicie, na tej części krzywej, która jest w danym problemie istotna.
Rzeczą naturalną jest przy tym odkładanie na osi odciętych raczej sum
pienię\nych, które mo\na zyskać lub stracić, ni\ ogólnych zasobów
kapitałowych. Trzeba jednak pamiętać, \e wówczas funkcja u(M), gdzie
Strona 28
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
przez M oznaczono przyrost lub zmniejszenie zasobów od stanu
początkowego M0, jest w rzeczywistości funkcją uMo(M)=u(M+Mo). Stąd te\
przyjmowana przez daną osobę funkcja u\yteczności pieniędzy mo\e
wydawać się ró\ną, w ró\nych sytuacjach, po prostu dlatego, \e osoba ta
działa wokół ró\nych punktów na swej pełnej krzywej u\yteczności. Je\eli
przyjęta funkcja u\yteczności pieniędzy jest taka, jak pokazano na rysunku 1
to jest oczywiście mo\liwe, \e (lokalne) funkcje u\yteczności dla zysków i
strat będą wypukłe w jednych, a liniowe lub wklęsłe w innych przypadkach,
czyli takie, jak pokazane na kolejnych rysunkach.
u(M)
u(M)
M
M
Rys. 2. Wklęsła funkcja u\yteczności Rys. 3. Wypukła funkcja u\yteczności
Rysunek 2 na ogół odpowiada  du\emu kapitałowi początkowemu
M0, rys 3 odpowiada sytuacjom, w których kapitał początkowy M0 jest
 bliski zera. Zastanówmy się co się kryje za jednym lub drugim kształtem
funkcji ryzyka.
Przykład. Przypuśćmy, \e decydent staje przed następującym
wyborem: za 1600 zł mo\e wziąć udział w loterii [10 000 zł., 0zł.]0.16 ( np. w
losowaniu na kole fortuny, lub inwestycje w pewna spółkę). Znaczy to, \e
je\eli zapłaci za udział w losowaniu (kupi akcje) to zyskuje 8 400 zł jeśli
wylosuje 10 000, je\eli z kolei wylosuje 0 to straci posiadane 1 600zł.
Strona 29
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
Zauwa\my, \e wartość oczekiwana wygranej w loterii jest równa kwocie,
którą nale\y uiścić za wzięcie w niej udziału. Inaczej mówiąc decydent stoi
przed wyborem: pewne 1600 zł czy (w zamian) udział w loterii, której
wartość oczekiwana wynosi dokładnie tyle samo. Co wybierze? Dowiemy się
o tym jeśli poznamy jego funkcji u\yteczności. Załó\my, \e jest ona dla kwot
mniejszych od 1 000 000 zł dana wzorem:
u(M ) = M
Otrzymujemy, \e u(0) = 0, u(1600) = 40, i u(10 000) = 100. W takim
razie u\yteczność proponowanej decydentowi loterii wyliczamy nastepująco
u([0, 10 000]0.16) = 0,84 u(0) + 0,16 u(10) = 16
U\yteczność tego zakładu jest więc mniejsza ni\ u\yteczność
zatrzymania 1 600zł przy sobie, wynosząca 40. Tak więc status quo będzie
atrakcyjniejsze dla tego decydenta ni\ perspektywa losowania, pomimo \e
wartość oczekiwana wygranej w zakładzie jest identyczna jak kwota, która
trzeba by zainwestować. Powiemy, \e nasz decydent ma awersje do ryzyka.
Rozumowanie podobne do przedstawionego w przykładzie stanowi
podstawę do umownego, ale zgodnego z intuicją podziału decydentów na
skłonnych do ryzyka i na czujących awersje do ryzyka, no i na względem
ryzyka obojętnych.
Je\eli decydent woli gwarantowaną kwotę M od udziału w loterii w
której oczekiwana wygrana wynosi M, to mówimy, \e ma awersje do ryzyka.
Woli to znaczy, \e dla niego u\yteczność loterii jest mniejsza od
równowa\nej jej kwoty pieniędzy uzyskiwanej na pewno. Zauwa\my, \e
ryzykując, mógłby zyskać więcej, ale mógłby te\ stracić i tego się właśnie
obawia. Ryzykując czyli biorąc udział w przedsięwzięciu, którego modelem
Strona 30
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
jest loteria, w praktyce mo\e to być inwestycja giełdowa lub jakieś inne
przedsięwzięcie gospodarcze zamiast np. pewnej inwestycji w obligacje
skarbu państwa. Zauwa\my, \e taki decydent ma wklęsłą funkcję
u\yteczności, tak jak pokazano na poni\szym rysunku.
u(M)
u(r M1+(1-r)M2)
u(M2)
u(M1)
M2
M1
M
u([M1,M2] )=r u(M1)+(1-r)u(M2)
r
Na rysunku tym czerwona linia reprezentuje u\yteczności ró\nych
loterii (ró\ne punkty zale\ą od tego jakie jest prawdopodobieństwo r
wygranej M1). Widzimy, \e u\yteczności kwot równym wartościom
oczekiwanym loterii znajdują się ponad nimi tzn.
u(E([M1,M2]r))= u(r M1+(1-r)M2) > r u(M1)+(1-r)u(M2) = u([M1,M2]r )
czyli loterie są dla takiego decydenta mniej atrakcyjne.
Jest oczywiste, \e analogicznie argumentując mo\emy wykazać, \e
wypukła funkcja u\yteczności obserwowana w pewnym przedziale kwot
pienię\nych sygnalizuje skłonność decydenta do ryzyka, co w naszej
interpretacji ściśle rzecz ujmując oznacza, \e decydent ka\dą posiadaną
kwotę M uwa\a za mniej atrakcyjną od udziału w loterii, w której
Strona 31
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
oczekiwana wygrana wynosi M, a wygrane nale\ą do z rozwa\anego zakresu
kwot. Wynika te\ z naszych rozwa\ań, \e decydent obojętny wobec ryzyka
to taki którego funkcja ryzyka w zakresie obejmującym rozwa\ane w
problemie kwoty jest liniowa.
Na zakończenie wykładu poświęconego teorii u\yteczności
przedstawimy jeszcze jeden interesujący przykład. Pochodzi on z pracy M.
Allais z 1953 roku. Ilustruje on dwa wa\ne aspekty związane z
wykorzystywaniem tej teorii. Rozwa\my mianowicie sytuację, w której
decydent ma przed sobą trzy (nielosowe) perspektywy uporządkowane
następująco: P1>P2>P3. Zgodnie z poznaną teorią zawsze mo\emy tak
wybrać funkcję u\yteczności u, \e u(P1)=1 oraz u(P3)=0. Zatem wszystkie
mo\liwe preferencje decydenta zale\ą od wyboru wartości u2=u(P2).
Dokładniej, preferencje te od tej wartości nie zale\ą  mamy na myśli jedynie
to, \e ró\ne mo\liwe preferencje odzwierciedlane są jednoznacznie przez
jedyny odpowiadający im wybór wartości u2.
Rozwa\my teraz dwie ró\ne loterie tych perspektyw. O ich postaci
decyduje wybór prawdopodobieństw wylosowania poszczególnych
perspektyw. Niech dla pierwszej loterii będzie to L1=[P1,P2,P3](p1,p2,p3) a dla
drugiej: L2=[P1,P2,P3](q1,q2,q3) . Zauwa\my, \e L1>L2 czyli u(L1)>u(L2) ma
miejsce wtedy tylko wtedy, gdy
p1-q1+(p2-q2)u2 > 0 (1.war)
Zatem nie znając dokładnych wartości funkcji, z samego faktu
jedynie, \e funkcja u\yteczności istnieje wnioskujemy ponad wszelką
wątpliwość , \e np. loteria [P1,P2,P3](0.4,0.2,0.4)> [P1,P2,P3](0.2,0.5,0.3) wtedy i
tylko wtedy, gdy [P1,P2,P3](0.5,0,0.5)> [P1,P2,P3](0.3,0.3,0.4), gdy\ dla obu tych
Strona 32
A.Z. GRZYBOWSKI WYKAADY Z TEORII GIER I DECYZJI
loterii warunek (1.war) ma postać identyczną. To ciekawe spostrze\enie,
ilustruje fakt, ze wiele mo\na się dowiedzieć o problemie decyzyjnym
jedynie na podstawie faktu, \e funkcja u\yteczności istnieje.
Ale przykład ma jeszcze jeden aspekt  behawioralny. Pokazuje jak
trudno mo\e być zidentyfikować perspektywy stojące przed decydentem.
Rozwa\my dwie sytuacje praktyczne. W pierwszej z nich decydent ma do
wyboru (pierwsza perspektywa): dostać 5 milionów złotych od razu lub
(druga perspektywa) wziąć udział w losowaniu 10 milionów zł. , 5 milionów
zł lub niczego z prawdopodobieństwami odpowiednio: 0.1, 0.89, 0.01. Jaką
decyzję byś podjął?
W drugiej sytuacji mo\liwe są następujące nagrody (trzecia
perspektywa) 5 milionów zł lub nic z prawdopodobieństwami odpowiednio:
0.11, 0.89 lub (czwarta perspektywa) 10 milionów zł. lub nic z
prawdopodobieństwami 0.1, 0.9. Co teraz byś wybrał czytelniku?
Na czym polega istota i osobliwość tego przykładu?
Otó\ zgodnie z poprzednimi rozwa\aniami powinno być:
[10 mln, 5 mln, nic](0,1,0) > [10 mln, 5 mln, nic](0.1,0.89,0.01)
wtedy i tylko wtedy , gdy
[10 mln, 5 mln, nic](0, 0.11,0.89) > [10 mln, 5 mln, nic](0.1, 0, 0.9)
Badania behawioralne pokazują, \e przytłaczająca większość ludzi wskazuje
przeciwne znaki preferencji w przypadku tych loterii! Dlaczego?
Czy\by przeczyło to całej teorii, jak tą sprzeczność wyjaśnić?
Strona 33


Wyszukiwarka