王 良,劉 瀟,賈宇潔

(西安理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,西安 710048)

基于收益率門檻限制考慮的網(wǎng)格資源拍賣問題①

王 良,劉 瀟,賈宇潔

(西安理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,西安 710048)

基于收益率門檻限制的視角,通過建立效用函數(shù)模型并結(jié)合動態(tài)博弈理論,對網(wǎng)格資源的拍賣問題進(jìn)行了探討.在對網(wǎng)格資源提供者與競標(biāo)網(wǎng)格資源使用者的動態(tài)博弈過程進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),網(wǎng)格資源提供者的最優(yōu)策略選擇決定于其對貨幣收益與非貨幣收益的偏好程度,以及網(wǎng)格資源使用者的最高報(bào)價(jià).在收益率門檻給定的條件下,當(dāng)參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者具有較低的生產(chǎn)利潤或付出較高的努力成本時(shí),網(wǎng)格資源使用者將會選擇價(jià)格較低的投標(biāo)策略.研究結(jié)果表明收益率門檻機(jī)制的引入,在一定程度上可以使得參與雙方的效用達(dá)到最大化.

網(wǎng)格資源;收益;效用;博弈

1 引言

網(wǎng)格(Grid)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上興起的新興分布式計(jì)算技術(shù),作為一種兼具軟件及硬件的基礎(chǔ)設(shè)施,可以通過集成網(wǎng)絡(luò)上的多種計(jì)算、存儲以及通信資源,為具有動態(tài)變化的虛擬組織成員提供更為廣泛的資源共享.除了各類型的計(jì)算機(jī),網(wǎng)格資源還包括網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)資料等相關(guān)的資源,而網(wǎng)格資源分配任務(wù)需要資源提供者、資源使用者來共同完成.

國內(nèi)外已有學(xué)者針對網(wǎng)格資源相關(guān)問題進(jìn)行了研究.Shaochong Feng構(gòu)建一種可以訪問各種不同網(wǎng)格資源的統(tǒng)一服務(wù)平臺,在該平臺中網(wǎng)格服務(wù)的開發(fā)者只需注意實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格資源的本地方法和配置資源數(shù)據(jù)庫[1].Mohammad設(shè)計(jì)了一種分布式優(yōu)化網(wǎng)格,該網(wǎng)格作為基于多群離散粒子群優(yōu)化算法的分布式學(xué)習(xí)自動機(jī),可以更高效地、準(zhǔn)確地整合資源[2].李志潔提出了網(wǎng)格資源分配的動態(tài)方法,結(jié)果表明進(jìn)化博弈方法在網(wǎng)格使用者的總體效用方面優(yōu)于傳統(tǒng)算法[3].崔亞楠通過分析網(wǎng)格資源管理的三種模型,提出了基于Agent技術(shù)的網(wǎng)格資源管理層次模型,進(jìn)而為使用者構(gòu)建了一個分布式的網(wǎng)格資源環(huán)境[4].徐春婕構(gòu)建了一個基于多Agent的政府知識管理系統(tǒng)模型,結(jié)果表明該系統(tǒng)模型可以通過多Agent協(xié)同滿足政務(wù)知識管理的需求[5].于帆將多Agent網(wǎng)格技術(shù)引入到政府采購中,研究表明該技術(shù)的引入對于政府采購速度及節(jié)約資金等方面有很大的提高[6].肖迎春提出了混合組合雙向拍賣模式,仿真結(jié)果表明,在提高拍賣效率、單位效用正向激勵以及防止惡意節(jié)點(diǎn)方面,所提出的網(wǎng)格資源分配方法均優(yōu)于已有方案[7].張相斌,李硯硯結(jié)合制造資源的特點(diǎn),應(yīng)用無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)理論建立了制造網(wǎng)格資源配置的網(wǎng)絡(luò)模型,并對其資源配置的效率變化問題進(jìn)行研究[8].

縱觀國內(nèi)外的文獻(xiàn)可知,現(xiàn)有研究已經(jīng)表明網(wǎng)格資源的合理分配是非常重要的環(huán)節(jié),而且已有研究對于網(wǎng)格資源的分配策略等有所涉及,但是從網(wǎng)格資源拍賣及收益率門檻限制的視角,并結(jié)合動態(tài)博弈過程來研究網(wǎng)格資源分配的文獻(xiàn)并沒有.有鑒于此,本文擬在網(wǎng)格資源拍賣中引入動態(tài)演化博弈理論,并考慮了網(wǎng)格資源拍賣過程中非完全理性因素,使參與拍賣主體可以通過分析彼此的動態(tài)演化博弈過程,不斷地調(diào)整自身策略進(jìn)而達(dá)到納什均衡.同時(shí),本文將網(wǎng)格資源的使用者看作是具有單獨(dú)利益的個體,基于博弈方法通過競爭實(shí)現(xiàn)自己的收益目標(biāo),而有限數(shù)量的網(wǎng)格使用者在競爭資源時(shí)會根據(jù)預(yù)期收益的變化不斷的調(diào)整自己的策略,由此也使得使用者的方案選擇表現(xiàn)為一個動態(tài)的變化過程.

2 基本效用模型

在具有收益率門檻限制的網(wǎng)格資源拍賣市場中,主要考慮兩類參與主體——網(wǎng)格資源提供者和參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者.假定網(wǎng)格資源提供者能夠提供N單位資源來參與競拍,且將依據(jù)自身效用最大化原則制定網(wǎng)格資源拍賣中的規(guī)則,同時(shí)在進(jìn)行拍賣時(shí)采用價(jià)格密封的形式.有鑒于此,可得網(wǎng)格資源提供者及參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者在拍賣中的動態(tài)博弈策略:首先,網(wǎng)格資源提供者向所有參與競標(biāo)者(使用者)發(fā)布收益率門檻的設(shè)定要求;其次,參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者對自己的狀況、生產(chǎn)所需成本、完成時(shí)間等更為私有化的信息進(jìn)行評估,并據(jù)此來選擇網(wǎng)格資源拍賣中的投標(biāo)策略.

2.1 參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者的效用模型

本文假設(shè)參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者i成功競標(biāo)后預(yù)計(jì)能夠獲得的收益為wi,并規(guī)定wi間彼此獨(dú)立,且其服從均勻分布,即為參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者成功競標(biāo)后所獲利潤的上限.此外,本文從收益率門檻限制視角來研究網(wǎng)格資源的拍賣過程,由于網(wǎng)格資源使用者必然要付出一定的努力成本,故而可將該努力成本函數(shù)看作是收益率門檻的二次函數(shù),即參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者為達(dá)到設(shè)定的收益率門檻限制而付出的努力成本可表示為:

其中,ig為參與競標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)資源使用者的風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù),其在上服從獨(dú)立均勻分布.

對于每個參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者,假設(shè)其競標(biāo)成功后預(yù)計(jì)可獲得的利潤wi和風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)間相互獨(dú)立.因此,為滿足效用最大化需求,假設(shè)使用者使用單位資源所獲得利潤wi的概率為pi,即實(shí)際所獲利潤為參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者對單位任務(wù)的實(shí)際估價(jià)vi取決于所獲利潤與付出的單位努力成本ie,即:

假定參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者i對資源的利用效率為ih,則其效用函數(shù)為:

2.2 網(wǎng)格資源提供者的效用模型

本節(jié)假設(shè)網(wǎng)格資源提供者在公布任務(wù)后給出了任務(wù)完成時(shí)間、收益率門檻限制,并擁有全部資源,且該資源具有單一及排他性特征.有鑒于此,網(wǎng)格資源提供者的策略就是根據(jù)單位資源交易價(jià)格P,確定參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者中的獲勝者.此外,本節(jié)假定網(wǎng)格資源提供者具有貨幣收益和非貨幣收益雙重目標(biāo)需求,將成交價(jià)格P看作網(wǎng)格資源提供者的貨幣化收入,將收益率門檻r的設(shè)定所帶來的收益看作非貨幣收入,對此構(gòu)建參與拍賣的網(wǎng)格資源提供者的效用函數(shù):

3 考慮收益率門檻限制的動態(tài)博弈均衡分析

本節(jié)在對網(wǎng)格資源拍賣的動態(tài)博弈均衡進(jìn)行分析時(shí),認(rèn)為參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者之間不存在彼此結(jié)盟或道德風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生,且將網(wǎng)格資源使用者之間的動態(tài)博弈過程假定為完全競爭過程.根據(jù)上述假設(shè)進(jìn)一步構(gòu)建網(wǎng)格資源提供者與參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者之間的動態(tài)博弈模型,在進(jìn)行模型求解時(shí)采用倒推法的方式,最終得出基于收益率門檻限制的網(wǎng)格資源拍賣的完美納什均衡解,并在網(wǎng)格資源使用者最優(yōu)投標(biāo)策略的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步確定網(wǎng)格資源提供者的最優(yōu)收益率門檻.

3.1 網(wǎng)格資源提供者的收益率門檻設(shè)置策略分析

假定網(wǎng)格資源可以看作是一種連續(xù)可分性產(chǎn)品,P是單位網(wǎng)格資源的最終交易價(jià)格,本節(jié)將和定義為價(jià)格p的分布函數(shù)和概率密度函數(shù).當(dāng)網(wǎng)格資源拍賣中只有兩個參與競標(biāo)的使用者時(shí),即k=1,2時(shí),又因前文的研究中已經(jīng)假設(shè)k1,相互獨(dú)立,且故當(dāng)參與拍賣的網(wǎng)格資源提供者成功進(jìn)行拍賣后,可得其在網(wǎng)格拍賣過程中所獲得的貨幣收益函數(shù)為:

為了求解網(wǎng)格資源提供者的非貨幣收益,我們采用逆運(yùn)算的方法,先計(jì)算無任何網(wǎng)格資源使用者參與競標(biāo)的概率(即將網(wǎng)格資源使用者1、2不參與競標(biāo)的概率設(shè)為 A、B,即根據(jù)古典概率理論可知,至少有一家網(wǎng)格資源使用者參與競標(biāo)的概率為如要使在理論上要保證最大,即那么

據(jù)此可得網(wǎng)格資源提供者的非貨幣收益函數(shù)為:

故由(5)、(7)式可進(jìn)一步得到參與拍賣的網(wǎng)格資源提供者的期望效用函數(shù)為:

網(wǎng)格資源的提供者在對網(wǎng)格資源進(jìn)行拍賣時(shí),最為關(guān)注的如何選擇有效的收益率門檻r來確保自身效用最大化,所以需要對(8)式中的r求導(dǎo),從而確定最優(yōu)收益率門檻,其求導(dǎo)結(jié)果為:

1)當(dāng)偏好系數(shù)0＜d＜1時(shí),最優(yōu)收益率門檻情況

在網(wǎng)格資源的競標(biāo)中,網(wǎng)格資源提供者不僅注重貨幣及非貨幣收益設(shè)定問題,而且對收益率門檻的設(shè)定問題也很關(guān)注,根據(jù)網(wǎng)格資源提供者的效用函數(shù)可知,網(wǎng)格資源提供者的期望效用同時(shí)受到貨幣收益和收益率門檻限制的影響.由可得最優(yōu)收益率門檻據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格資源提供者對貨幣收益的偏好程度越高,其收益率門檻取值越大.

2)當(dāng)偏好系數(shù)為極值(d=0或d=1)時(shí),最優(yōu)收益率門檻情況

當(dāng)網(wǎng)格資源提供者對貨幣收益的偏好為極值時(shí),對其最優(yōu)策略進(jìn)行分析.①當(dāng)時(shí),網(wǎng)格資源提供者只關(guān)心非貨幣收益,此時(shí)根據(jù)可得最優(yōu)收益率門檻基于該結(jié)果對風(fēng)險(xiǎn)偏好程度的影響進(jìn)行分析.假設(shè)網(wǎng)格資源提供者1與網(wǎng)格資源提供者2間的風(fēng)險(xiǎn)偏好滿足一元線性函數(shù)關(guān)系,即進(jìn)一步得據(jù)此可知隨著l的增加, r*逐漸減小,即參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源提供者之間的風(fēng)險(xiǎn)偏好程度差別越大,其最優(yōu)收益率門檻將會越小.②當(dāng)時(shí),網(wǎng)格資源提供者在進(jìn)行拍賣時(shí)僅關(guān)心貨幣收益,此時(shí)根據(jù)可得最優(yōu)收益率門檻*r=￥,這表明收益率門檻機(jī)制已失效.

3.2 參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者的投標(biāo)策略分析

3.3 網(wǎng)格資源使用者和網(wǎng)格資源提供者的博弈均衡分析

根據(jù)3.2節(jié)的分析可得:

當(dāng)0＜d＜1時(shí),表示網(wǎng)格資源提供者同時(shí)關(guān)注貨幣收益及非貨幣收益兩種目標(biāo),根據(jù)3.1節(jié)的分析可知：

當(dāng)網(wǎng)格資源提供者偏好確定時(shí),提供者設(shè)置的收益率門檻不同,參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者將給出不同的報(bào)價(jià)即網(wǎng)格資源使用者的報(bào)價(jià)會隨著提供者收益率門檻的設(shè)定值不斷調(diào)整,最終二者實(shí)現(xiàn)均衡.

根據(jù)以上的分析可知,對網(wǎng)格資源提供者來說通過調(diào)整對兩種目標(biāo)的偏好系數(shù)或收益率門檻來獲得較高收益是一個兩難的選擇.在網(wǎng)格資源拍賣中,網(wǎng)格資源提供者可能更關(guān)注如何督促網(wǎng)格資源使用者完成任務(wù)指標(biāo),但該督促過程存在一定的成本,主要體現(xiàn)在網(wǎng)格資源提供者一旦提高了收益率門檻,參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者為達(dá)到其設(shè)定的收益率門檻則需要付出額外的成本,這在一定程度上降低了其對網(wǎng)格資源的估價(jià).同時(shí)還會不對稱的增加那些為完成任務(wù)而不惜耗費(fèi)成本的競標(biāo)者的相對優(yōu)勢,最終導(dǎo)致拍賣收益的減少.但是,如果網(wǎng)格資源提供者在拍賣過程中不加入收益率門檻約束,而是獨(dú)立地實(shí)施監(jiān)督,拍賣收益減少的負(fù)擔(dān)就會轉(zhuǎn)移給網(wǎng)格資源提供者,而網(wǎng)格資源提供者只能再利用拍賣獲得的最大化貨幣收益來彌補(bǔ)這種成本投入.

3.4 基于收益率門檻限制考慮的網(wǎng)格資源拍賣機(jī)制仿真研究

為了驗(yàn)證收益率門檻限制、風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)對網(wǎng)格資源使用者及提供者效用函數(shù)及博弈結(jié)果的影響,本節(jié)采用仿真研究方法對基于收益率門檻下的網(wǎng)格資源拍賣機(jī)制進(jìn)行研究,在此考慮了收益率門檻及風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)大小變化的狀況.令收益率門檻r=0.5,1,1.5,由于風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)在區(qū)間[0,1]上服從均勻分布,因此隨機(jī)取10個風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)的值,對網(wǎng)格資源使用者及提供者的動態(tài)博弈情況進(jìn)行分析.將其它變量設(shè)為定值所得結(jié)果如表1所示.結(jié)合圖1、 2的結(jié)果可以看出,當(dāng)收益率門檻給定時(shí),隨著風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)取值的增加,網(wǎng)格資源使用者的效用逐漸降低,而網(wǎng)格資源使用者的效用逐漸增加;當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)給定時(shí),隨著收益率門檻的增加,網(wǎng)格資源使用者的效用逐漸降低,而網(wǎng)格資源提供者的效用逐漸增加.該結(jié)果證明了網(wǎng)格資源提供者的效用關(guān)于收益率門檻是遞增的,網(wǎng)格資源使用者效用關(guān)于收益率門檻是遞減的.

對網(wǎng)格資源提供者及使用者間的動態(tài)博弈進(jìn)一步進(jìn)行分析,將偏好系數(shù)視為變量,其它參數(shù)設(shè)為定值,根據(jù)表2的仿真結(jié)果可看出,網(wǎng)格資源提供者的最優(yōu)收益率門檻受到貨幣收益的偏好程度及網(wǎng)格資源使用者的最高報(bào)價(jià)的影響,同時(shí)隨著貨幣偏好程度或最高報(bào)價(jià)的增加,最優(yōu)收益率門檻增大.

表1 不同風(fēng)險(xiǎn)厭惡下網(wǎng)格資源使用者及提供者的效用

r=1 使用者效用Upr 10.000 10.400 11.200 12.000 13.200 13.800 14.500 14.900 15.400 15.900風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù) ig 0.780 0.820 0.845 0.870 0.900 0.925 0.945 0.970 0.985 0.990收益率門檻r=1.5使用者效用ui 1.924 1.876 1.847 1.817 1.781 1.752 1.728 1.698 1.680 1.674使用者效用Upr 16.400 17.200 17.700 18.200 18.800 19.300 19.700 20.200 20.500 20.600

圖1 不同收益率門檻下網(wǎng)格資源使用者的效用圖

圖2 不同收益率門檻下網(wǎng)格資源提供者的效用圖

表2 不同貨幣收益偏好下的最優(yōu)收益率門檻

4 結(jié)論

基于收益率門檻限制的視角,通過建立效用函數(shù)模型并結(jié)合動態(tài)博弈理論,本文對網(wǎng)格資源的拍賣問題進(jìn)行了探討,研究結(jié)論如下.

網(wǎng)格資源使用者的單位任務(wù)估價(jià)為vi的概率與收益率門檻、風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,當(dāng)收益率門檻、風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)增加時(shí),參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者會降低對其單位任務(wù)的估值;網(wǎng)格資源使用者的單位任務(wù)估價(jià)為的概率與其預(yù)計(jì)可獲得利潤呈正相關(guān)關(guān)系,即當(dāng)網(wǎng)格資源使用者預(yù)計(jì)可獲得利潤增加時(shí),其單位任務(wù)的估價(jià)將會提高;在網(wǎng)格資源提供者的收益率門檻給定的條件下,當(dāng)參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者具有較低的生產(chǎn)利潤或付出較高的努力成本時(shí),網(wǎng)格資源使用者會選擇價(jià)格較低的投標(biāo)策略.

在對網(wǎng)格資源提供者與競標(biāo)網(wǎng)格資源使用者的動態(tài)博弈過程進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)網(wǎng)格資源提供者只關(guān)心非貨幣收益時(shí),此時(shí)的收益率門檻機(jī)制將會失效,而網(wǎng)格資源使用者為獲得較高收益將給出更低報(bào)價(jià);網(wǎng)格資源提供者僅關(guān)心貨幣收益時(shí),參與競標(biāo)的網(wǎng)格資源使用者對單位任務(wù)的估價(jià)將完全依賴于其對任務(wù)的預(yù)期利潤;網(wǎng)格資源提供者既要關(guān)注拍賣過程中的貨幣收益,又要滿足任務(wù)實(shí)施過程中的收益率門檻限制要求時(shí),網(wǎng)格資源提供者的最優(yōu)策略選擇決定于對貨幣收益與非貨幣收益的偏好程度,以及網(wǎng)格資源使用者的最高報(bào)價(jià).

綜上所述,收益率門檻約束機(jī)制的引入,對提高整個網(wǎng)格資源中任務(wù)拍賣的成功具有一定的推動作用,也可在一定程度上促進(jìn)網(wǎng)格資源提供者與網(wǎng)格資源使用者實(shí)現(xiàn)自身效用的最大化.

1 Feng SC,Zhu YC,Di YQ.Unified service platform foraccessing grid resources.Journal of Software,2011,6(5): 930–996.

2 Hasanzadeh M,Meybodi MR.Distributed optimization grid resource discovery.The Journal of Supercomputing,2015, 71(1):87–120.

3李志潔.網(wǎng)格資源分配博弈的隨機(jī)動態(tài)分析.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2009,26(3):852–854,883.

4崔亞楠,黃文明,朱英,陳慶全.基于Agent技術(shù)的網(wǎng)格資源管理層次模型研究.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2009,18(1):114–118.

5徐春婕,王鎖柱,孫明慧,杜華.基于多Agent的政府知識管理系統(tǒng)模型研究.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009,30(14):3331–3334.

6于帆,秦龍.多Agent在政府采購系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,39(4):80–82.

7肖迎春,王漢武,李夢雄.基于混合組合雙向拍賣的網(wǎng)格資源分配方案.計(jì)算機(jī)科學(xué),2014,41(5):150–154,172.

8張相斌,李硯硯.基于無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的制造網(wǎng)格資源配置仿真研究.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2015,27(2):246–254.

Auction Mechanism of Grid Resource Based on the Limitation of Return Threshold

WANG Liang,LIU Xiao,JIAYu-Jie

(School of Economics and BusinessAdministration,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048,China)

Based on the perspective of return threshold,this paper discusses the auction problem of grid resources through establishing the utility function model and combining with the dynamic game theory.With the analysis of the dynamic game process between grid resource providers and users,it finds that the optimal policy choice of the provider depends on its preference for monetary and non-monetary benefits,and the highest quotation of the users.Under the conditions of given return threshold,when the grid resource users have lower production profits or pay a higher cost, they will choose the lower price bidding strategy.The research shows that the introduction of return threshold mechanismcan maximize the utility of both parties in a certain degree.

grid resource;return;efficiency;game

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71171155);西安理工大學(xué)高學(xué)歷人員科研啟動經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(105-400211211);陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃(16JK1527)

2016-08-03;收到修改稿時(shí)間:2016-10-10

10.15888/j.cnki.csa.005761