1944年,冯·若依曼和摩根斯坦恩的著作《博弈论与经济行为》的出版标志着现代博弈论的开始。之后,Nash给出了“纳什均衡”定义,并将它用在非合作博弈中解决均衡问题。Seleten和Harsanyi在Nash基础上提出了“子博弈精练纳什均衡”和“贝叶斯纳什均衡”定义。20世纪70年代后,大部分经济博弈模型建立起来,博弈论在广泛领域内得到了应用。
混沌动力学理论与博弈论相结合是近年来科学研究的前沿,也是国内外学者研究的热点。1838年,古诺(Cournot)提出了以产量为基础的寡头博弈模型;1883年,伯川德提出了以价格为基础的寡头博弈模型,这两个模型都是寡头之间的相互决策。之后很多学者将混沌理论用来对古诺和伯川德模型的长期博弈行为进行研究,并对模型进行了改进。把决策者的行为因素加入到模型中,发现了决策者在长期的博弈过程中,产量(价格)会出现不稳定甚至混沌现象。
很多学者用混沌理论对不同情景下的古诺模型进行了复杂性分析。Rand是第一个发现在古诺模型的博弈过程中,寡头博弈的结果可能不会收敛到Nash均衡点,而是会出现周期解或混沌解。随后大量学者对古诺模型进行了进一步研究和改进,并将有限理性、不完全信息引入模型,在此基础上研究模型的复杂行为。Puu在经典古诺模型基础上,研究了三个寡头产量调整的过程。文章假设寡头具有等弹性需求函数和不变的边际成本,结果发现相对于两寡头博弈,系统更容易出现混沌行为。1998年,他又研究了等弹性需求函数下古诺—斯坦科尔伯格产量博弈的调整过程,得到了相似的结论。随后他又研究了有产能限制的三寡头博弈古诺模型。Ahmed等在Puu的基础上研究了两个公司的广告竞争模型,发现两个公司的广告参数比较接近时系统将会发生混沌,并对混沌进行了控制。Matsumoto构建了一个非线性古诺双寡头模型,研究发现从长期发展来看,边际生产成本低的公司比较偏好稳定的市场环境,而边际成本高的公司偏好混沌市场。Tramontana等对具有等弹性需求函数和单位成本的古诺模型进行了全局稳定性分析,发现系统的分岔中出现新的特征——Neimark-Sacker分岔。Canovas和Medina分析了经典的古诺模型,计算了模型的拓扑熵,并用正熵描述了参数值。虽然拓扑熵能测量模型的动态复杂性,研究结果表明不能观察到这种复杂性。Askar考虑了没有拐点的非线性需求函数和随机的成本函数,构建了一个古诺双寡头模型,得到了模型的均衡点及其均衡点的复杂性特征。Wu和Ma研究了具有管理代表团的多产品古诺双寡头动态模型,产品具有非线性成本函数,决策者的决策准则是有限理性,研究发现模型存在间歇性混沌(包括Hopf分岔)。Ahmed和Elettreby从静态和动态两个方面研究了多市场古诺博弈模型,并计算模型纳什均衡点的稳定性,发现了模型具有混沌行为。Ding等从有限理性的角度研究了古诺双寡头投资模型,并研究了延迟对模型稳定性的影响。Cavalli和Naimzada分了双寡头古诺动态模型,两个公司分别采取梯度规则机制和局部垄断机制进行产量调整,研究发现模型存在Neimark-Sacker分岔。Agiza等研究了一个双寡头动态博弈模型的动力学特性和混沌同步问题。Zhang等、Matsumoto等、Elsadany等将延迟决策引入古诺模型,研究发现适当的采取延迟策略不会改变系统的Nash均衡点,同时可以使系统变得更为稳定。Wu等研究了中国四寡头垄断啤酒市场。假设厂商采用延迟有限理性决策并建立了动态博弈模型,应用非线性理论研究了系统的复杂行为,并以此为基础研究了不同参数组合条件下的系统动态演化行为。
运用混沌理论对伯川德模型进行复杂性分析也是学术界研究的一个热点。Ma和Ji研究了电力市场的产量博弈模型,考虑电力公司会收取一定的过网费用,发现了在初始产量不确定时,系统会出现密度周期、混沌等现象,并对系统进行了混沌控制。Zhang等运用动力系统的分岔理论分析了伯川德模型的稳定性。Xin和Chen构建了一个主从伯川德博弈模型,上游企业的产量决策是下游企业做决策时的主要参考因素,用Schwarzian导数分析了伯川德模型纳什均衡点的分岔行为,通过数值模型分析了模型的复杂动力学行为。Sun和Ma、Ma和Zhang分别研究了中国钢铁市场和中国财产市场价格博弈的复杂性,并用混沌控制的方法对系统的混沌行为进行控制。Ahmed等运用梯度调整机制方法研究了动态伯川德寡头博弈模型并分析了模型的动态特征。Xin和Li建立了一个非线性离散的沿海灌溉用水价格博弈模型,通过0-1测试算法将系统连续化,从价格竞争中发现了混沌现象。
近年来,有学者对古诺—伯川德混合博弈模型的复杂动力学进行了研究。Wang和Ma在决策者具有不同预期下研究了古诺—伯川德博弈模型的复杂性,顾客具有线性的需求函数和公司具有固定的边际成本。Askar给出了古诺—伯川德混合竞争博弈模型的理论框架,基于有限理性预期分析了模型的纳什均衡点稳定条件。Ma和Wang用延迟有限理性对古诺—伯川德博弈模型进行了复杂动力学分析,发现延迟系统不改变系统的纳什均衡点,并使系统有很好的稳定性。
经济系统的动力学行为也是最近研究的主流方向,学者们通过研究解决了经济数据的主要问题,如不规则的宏观经济波动、经济的不规则增长、经济结构的调整和重叠等。本节对国内外有关混沌理论在经济系统中的研究文献做一简单综述。
首次在经济增长模型中发现混沌现象的是Stutzer,这一发现说明了传统的宏观经济系统模型在运行过程中存在内在的随机性和不确定性的经济行为。Boldrin等研究了一般动态均衡理论发展所关心的经济内生波动的条件,虽然模型涉及两个不同性质和不同政策的震荡,但研究结果表示都是符合最优化行为和竞争均衡的。Feichtinger和William及Edward发现企业的R&D支出水平与企业生产增长率之间的关系对于系统的稳定性有着重要影响。R&D支出水平达到企业销售额的一定比例时,增长率会出现复杂的不稳定现象。Benhabib研究得出经济增长会受到市场、技术变革和消费倾向的影响,即使系统处于最优经济增长轨道,外界条件的变化也可能使系统产生不规则的波动甚至产生混沌。
Fanti和Manfredi及Chen等、Ma等研究了经济系统的Hopf分岔行为。Ma和Tu考虑了具有时间延迟的资金供应宏观经济模型。研究结果表明时间延迟系统的稳定性与时间延迟的长度关系密切。当延迟时间很短,系统的稳定点仍旧在稳定域内;当延迟时间较长,系统的均衡点将进入混沌状态。Guirao等分析了广义三维IS-LM动态宏观经济模型,对系统存在极限环进行了严格证明,并研究了不同参数值对系统稳定性和纳什均衡点的Hopf分岔的影响。一些文献对具有时间延迟的IS-LM模型进行了研究,发现时间延迟使模型呈现出各种各样的动力学特征。Ma等采用重构技术对相空间重构问题进行了研究,并用分维数、李雅普诺夫指数等方法对模型的动力特征进行了分析;根据动力系统实测数据,建立了非线性混沌模型及模型参数辨识方法。Gao和Ma在金融系统中发现了Hopf分岔,并在随后的研究中将延迟引入金融模型,发现采用适当的延迟策略可以使金融系统变得更为稳定。马建国等对一类竞争型企业组织的复杂性进行了评价,主要应用非线性理论并以累计利润为主要评价指标,发现在Nash均衡点的稳定区域内企业存在最优策略。张强和李立华以我国金融系统最严重的金融危机为研究对象,用相空间重构技术,研究了金融混沌的识别问题。研究发现我国金融系统在运行过程中发生了确定性混沌现象,这一认知为进行金融危机的防范与控制奠定了基础。Soliman建立了关于通货膨胀—失业的经济模型,并用分数维和参数稳定域方法展示了非线性经济系统的复杂动力学特征。随后,Ahmed等用混沌控制方法对Solimans模型中的通货膨胀—失业模型进行了混沌控制。Chen等基于分数阶微分方程的稳定性理论和稳定性条件,对分数阶经济系统进行了线性控制和同步分析。
Forrester最早将非线性理论应用到供应链中,提出了供应链中典型的动力学行为“牛鞭效应”。随后很多学者在“啤酒游戏”中发现了“牛鞭效应”。“啤酒游戏”提供了研究供应链分销行为的仿真模拟环境,后来逐渐演化为对供应链动力学特征的研究模型。Macdonald等在Sterman模型的基础上,依据决策者采用的启发式方法,分析了“啤酒游戏”模型的短期和长期复杂行为,研究了系统达到稳定状态的速度,即使决策者完全掌握订单信息,供应链的短期表现不能用来作为长期表现的预测。Chen等研究了预测、前置期和信息等因素对供应链中“牛鞭效应”的影响,发现共享顾客需求信息能减少但不能完全消除“牛鞭效应”,并且指数平滑预测方法能导致“牛鞭效应”的发生。导致“牛鞭效应”的一个重要的原因是供应链成员的补货策略,Dejonckheere等不考虑所使用的预测方法,研究得出,订货点(Order-up-to)模型能产生确定性的“牛鞭效应”。Feng和Ma对国内外关于供应链需求预测的研究文献进行了总结,并应用相空间重构理论的支持向量机预测方法,对“牛鞭效应”引起的实际需求的波动进行了预测,从非线性动力学角度提出缓解“牛鞭效应”的O-S反馈控制方法。Wang等,Najafi和Farahani,Nagaraja等分析了顾客价格预测行为、预测技术、顾客的季节性需求对供应链“牛鞭效应”的影响。Hwarng和Xie从混沌视角分析了供应链运作管理中的非线性动力学特性,解释了“牛鞭效应”产生的原因,并由此提出可以通过采取信息共享、通信联盟、提高运作效率等方法控制“牛鞭效应”的发生,同时提出了有效的预测方法。王冠辉和Ma运用混沌动力学理论,研究了供应链中不同节点企业针对需求波动进行的产量决策博弈行为。研究发现随着产量速度调整的增加产量决策会进入混沌状态,并对混沌现象进行了控制。Guo和Ma研究了闭环供应链的运作复杂性问题。研究结果表明回收率以及再制造商所决定的回收速度对于系统稳定性有很大的影响。Hwarng和Yuan以啤酒模型为研究背景,对具有确定性和不确定性的需求时间序列进行了混沌分析。结果表明确定性和随机性的需求序列表现出截然不同的混沌特征。Li和Ma考虑了零售商进行线上和线下决策的双渠道供应链模型,运用动力系统的分岔理论,对双渠道供应链进行了复杂性分析;随后,他们研究了延迟策略对双渠道供应链系统稳定性的影响。发现当零售商具有丰富的运作经验时,延迟策略是一种有效避免利润损失的方法。Wei等研究了需求依赖库存的供应链系统的复杂动力性,考虑到需求是分段线性化的,他们建立了包含三个子系统的线性切换模型。模拟结果显示需求依赖库存的线性切换供应链系统具有非线性的特征,如周期波动和混沌。这主要是由于库存状态的不确定性而引起子系统之间的切换频率造成的。Shih等基于混沌理论和知识管理,研究了知识分享在两级供应链中的作用,他们用来自美国的40个公司的知识管理实践印证公司供应链运作中呈现的复杂动力学特征。Serdarasan认为对供应链复杂性研究主要从静态和动态两个方面分析。静态复杂性主要从供应链结构、产品种类等方面进行描述;动态复杂性是指供应链的不确定性,包括时间和随机性等方面。他们认为在不同供应链结构下,供应链复杂性的驱动力是不同的。王晶等用分段函数研究了同时受到有限供货能力和不可退货约束的线性模型。该模型采用两种补货策略,结果显示准确的前置期对消除库存转移和系统稳定性非常重要,订货政策必须根据准确的前置期来设置,才能避免系统波动和分岔。Ma和Guo研究了闭环供应链的动态特征,建立了离散决策模型和集中决策模型并分析了其相应的连续系统。根据有限理性预期理论,分析了参数对系统稳定性的影响。研究发现当回收价格取一定值时,系统将会进入混沌状态。
Gan等最早考虑了供应链中决策者的风险规避行为,并用三个具体的案例研究了风险规避型供应链的契约协调问题。其中,零售商具有风险规避行为,研究发现设计的风险分担契约能提高零售商在供应链中的地位,并能提供给供应商保守利润,实现了渠道协调。Wang和Webster研究了风险规避型供应链的协调问题,通过建立收益共享契约模型来分析决策者的风险态度对供应链的影响。Yang等,Hsieh和Lu,Xie等分析了风险规避行为的决策者在不同的情景下如何进行决策,并以供应链绩效为评价指标分析风险规避行为对供应链的各个主体的影响。Li等研究了易腐蚀产品的双渠道供应链模型,研究发现当需求不确定性遵循均匀分布时,模型存在纳什均衡且零售价格随着零售商的风险规避程度的增加而下降;然而,制造商的利润变化取决于相关的参数值。Xiao和Xu研究了一个风险规避型制造商的产品定价和产品线策略问题,他们确定了制造商是继续生产产品还是新产品替换旧产品的条件。研究发现风险规避行为对制造商和零售商的决策产生很大影响。Zhou等基于主从博弈建立了一个回收供应链模型,制造商和零售商都具有风险规避行为。研究得出供应商的最优回购价格以及零售商的最优订货量。Xu等考虑了供应链成员具有风险规避行为,基于平均—方差模型,建立了双渠道供应链协调契约。Chen等建立了双边风险规避型供应链的博弈模型。研究发现当最厌恶风险的供应商能承受整个风险和成本最低的供应商能处理所有的产品时,供应链系统能够实现协调。Dai和Meng研究了一个风险规避的报童模型,并分析了风险规避系数、单位订购成本等外在变量对最优决策变量的影响。研究发现外在变量的变化没有改变最优决策变量的决策方向。