[论文解读] Industrial Symbiotic Networks as Coordinated Games

Vahid Yazdanpanah, Devrim Murat Yazan+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2018

Sustainable Industrial Ecology参考文献 17被引用 11

一句话总结

本文提出了一种博弈论框架，将工业共生网络（ISNs）建模为MC-Net合作博弈，并通过监管激励规则和社会经济政策实现规范性协调，以确保利益分配的公平与稳定。主要贡献在于引入了协调式ISN博弈（C-ISN），将激励规则正式嵌入博弈中，以确保所推广的ISNs可实施，同时避免不稳定或被禁止的合作。

ABSTRACT

We present an approach for implementing a specific form of collaborative industrial practices-called Industrial Symbiotic Networks (ISNs)-as MC-Net cooperative games and address the so called ISN implementation problem. This is, the characteristics of ISNs may lead to inapplicability of fair and stable benefit allocation methods even if the collaboration is a collectively desired one. Inspired by realistic ISN scenarios and the literature on normative multi-agent systems, we consider regulations and normative socioeconomic policies as two elements that in combination with ISN games resolve the situation and result in the concept of coordinated ISNs.

研究动机与目标

• 解决ISN实施问题——尽管存在集体经济效益，但公平且稳定的利益分配仍受阻。
• 将ISNs建模为反映运营成本动态的合作博弈，并支持规范性规则的整合。
• 通过激励规则和社会经济政策，开发一种规范性协调机制，引导各方实现理想、稳定且公平的合作。
• 确保所推广的ISNs以稳定且公平的方式实现，同时通过监管机制抑制被禁止的ISNs。
• 构建一个可扩展、动态且可调节的ISN实施框架，尊重工业自主权与市场自由。

提出的方法

• 将ISNs建模为归一化、超可加的合作博弈（N, v），其中任意企业子集S的值v(S) = T(S) − O(S)，表示共生合作带来的成本降低。
• 使用MC-Nets表示激励规则，其中每条规则ρi将一个划分(Si, N∖Si)映射到一个激励ιi，实现激励规则的动态与可扩展应用。
• 定义一个规范性社会经济政策函数℘: 2^N → {p⁺, p⁰, p⁻}，根据经济、环境和社会标准将ISNs分类为促进（p⁺）、允许（p⁰）或禁止（p⁻）。
• 通过协调式ISN博弈（C-ISN）将激励规则整合进博弈，定义为c(S) = v(S) + ι(S)，其中ι(S)为适用于群体S的激励总和。
• 通过构建使核心解稳定且公平的激励规则集，确保所推广ISNs的可实施性，利用形式化博弈论保证。
• 强制要求所推广的ISN群体之间互斥，以防止冲突，并确保所有推广的ISNs可无冲突地实施而不相互 destabilize。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将ISNs正式建模为反映运营成本动态的合作博弈，并支持规范性规则的整合？
• RQ2 如何统一表示监管激励规则与规范性社会经济政策，以引导ISN行为实现期望结果？
• RQ3 如何将规范性协调机制整合进ISN博弈中，以确保在既定政策下，理想ISNs的公平且稳定实施？
• RQ4 在何种条件下，可保证在给定政策下所有推广的ISNs均能同时以稳定且公平的方式实现？
• RQ5 如何解决不同推广ISNs之间激励规则的冲突，以维持整体系统稳定性？

主要发现

• 建立了一个正式框架，将ISNs建模为MC-Net合作博弈，其中任意联盟S的价值定义为独立成本T(S)与协作成本O(S)之差。
• 可严格证明，存在一组激励规则，使得通过适当的货币激励，可使任何给定的ISN博弈实现可实施性。
• 引入规范性政策函数℘，可基于社会经济影响将ISNs分类为促进（p⁺）、允许（p⁰）或禁止（p⁻）。
• 协调式ISN博弈（C-ISN）定义为c(S) = v(S) + ι(S)，其中ι(S)聚合了适用规则的激励，确保推广的ISNs在经济上具有吸引力且稳定。
• 当所有推广的ISNs相互排斥时，该框架保证所有此类ISNs可公平且稳定地实现，避免激励规则之间的冲突。
• 该框架支持动态、可扩展且政策感知的ISN实施，且无需企业牺牲市场自由或财务自主权。