ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI ĐỂ GIẢI QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ TÀI NGUYÊN NƯỚC-Mục tiêu chung của nghiên cứu này là sử dụng mô hình “lý thuyết trò chơi” để phát triển một phương pháp thực tế và cơ chế để thúc đẩy tối đa hóa phúc lợi công cộng từ góc độ kinh tế xã hội và môi trường....
Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CÙ XUÂN THÀNH ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI ĐỂ GIẢI QUYẾT XUNG ĐỘT VỀ TÀI NGUYÊN NƢỚC Chuyên ngành: TOÁN ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước TÓM TẮT Suy thoái chất lượng nước tình trạng khan nước hai vấn đề nghiêm trọng Việc quản lý tài nguyên nước để giải hai vấn đề thường liên quan đến xung đột Trong trường hợp thị trường tài sản độc quyền, xung đột tránh khỏi Lý thuyết trò chơi cách tiếp cận thích hợp để mô giải xung đột Mục tiêu chung nghiên cứu sử dụng “lý thuyết trò chơi” để phát triển phương pháp thực tế chế để thúc đẩy tối đa hóa phúc lợi công cộng từ góc độ kinh tế xã hội môi trường Các mô hình đánh giá dự báo phân tích kịch Sử dụng lý thuyết trò chơi hợp tác, giá trị Shapley, Hạt nhân để phân bổ tối ưu nguồn nước tính toán chức lợi ích chi phí người chơi Cách tiếp cận mô lý thuyết trò chơi kết mang lại lợi ích không nhóm đối tượng khác bên liên quan nước, mà nhà sản xuất định để thực sách số lượng, bảo vệ chất lượng, giá nước bồi thường thiệt hại sinh thái Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined TÓM TẮT MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Luận văn Mục tiêu Luận văn 10 Nội dung công việc thực 10 Phạm vi, giới hạn đề tài 11 CHƢƠNG 12 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 12 1.1 Xung đột quản lý tài nguyên nước 12 1.1.1 Trong nước .12 1.1.2 Thế giới 13 1.2 Mục tiêu nguyên tắc quản lý tài nguyên nước 17 1.3 Giải xung đột nguồn nước 19 1.4 Ứng dụng lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước 23 CHƢƠNG 26 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước .26 2.1.1 Mô hình lý thuyết trò chơi .29 2.1.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước .35 2.1.3 Sử dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột nước 38 2.1.4 Thông tin sử dụng cho mô hình lý thuyết trò chơi 41 2.2 Giá trị lõi – Giá trị Shapley – Hạt nhân 44 2.2.1 Giá trị lõi 44 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước 2.2.2 Giá trị Shapley 48 2.2.3 Hạt nhân 49 CHƢƠNG 52 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .52 3.1.Trường hợp nghiên cứu cụ thể 52 3.1.1 Vùng nghiên cứu 52 3.1.2 Áp dụng phương pháp nghiên cứu 54 3.1.3 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi 69 3.2 Giải toán giả định xung đột nước 71 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu giả định 71 3.2.2 Giải toán giả định .72 3.3 Thảo luận 78 3.4 Kết luận 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Mục tiêu nguyên tắc quản lý tài nguyên nước .17 Bảng 1.2: Công cụ sách để giải xung đột nước 21 Bảng 2.1 : Các liệu sử dụng cho mô hình lý thuyết trò chơi 42 Bảng 3.1 Danh sách liên minh 56 Bảng 3.2 Giá tị kinh tế hàng năm hợp tác sông Nile 62 Bảng 3.3 Các thành phần đặc trưng trò chơi hợp tác sông Nile 63 Bảng 3.4 Giá trị lõi Trò chơi phân bổ sông Nile 65 Bảng 3.5 Giới hạn cho giá trị lõi trò chơi phân bổ sông Nile 65 Bảng 3.6 Hạt nhân Trò chơi phân bổ sông Nile .68 Bảng 3.7 Giá trị Shapley 69 Bảng 3.8 Điểm trung tâm giả thiết trò chơi phân bổ sông Nile 70 Bảng 3.9 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi .71 Bảng 3.10 Danh sách liên minh 72 Bảng 3.11 Lượng nước tiêu tốn cho thuỷ lợi thuỷ điện tạo .72 Bảng 3.12 Lợi ích kinh tế quốc gia 73 Bảng 3.13 Giá trị đặc trưng trò chơi hợp tác .73 Bảng 3.14 Trọng số xác suất cho giá trị Shapley cho liên minh khả thi 74 Bảng 3.15 Giá trị Shapley 74 Bảng 3.16 Hạt nhân trò chơi phân bổ .76 Bảng 3.17 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi .77 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Công cụ để giải xung đột nước 20 Hình 2.1: Một trò chơi sử dụng để minh họa cho trò chơi 33 Hình 2.2: Trò chơi bất đối xứng .33 Hình 2.3: Trò chơi tổng không 34 Hình 2.4 : Trò chơi song đề tù nhân 34 Hình 2.5: Trò chơi thông tin không hoản hảo .35 Hình 2.6 : Thiên nhiên xã hội loài người từ góc độ lý thuyết trò chơi 37 Hình 2.7: Một chiến lược quản lý tài nguyên nước sử dụng lý thuyết trò chơi 41 Hình 2.8 Lưu vực sông Nile .53 Hình 3.1 Lưu vực sông Nile biểu diễn mô hình tối ưu kinh tế 61 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Luận văn Nước nguồn tài nguyên vô quí tự nhiên ban tặng cho loài người, nước sống hoạt động kinh tế tồn Nước khởi đầu nhu cầu thiết yếu sống, yếu tố quan trọng sản xuất, nhân tố để bảo đảm môi trường, chí đánh giá quan trọng dầu mỏ vòng 50 năm tới theo khẳng định nghiên cứu Liên Hiệp Quốc Dù nguồn tài nguyên có khả tự tái tạo, song khả ngày bị chi phối mạnh mẽ thời tiết bị ảnh hưởng thực tiễn khai thác mức cộng với tình trạng ô nhiễm môi trường nước ngày tăng Vì nhiều nơi giới nhiều lưu vực sông đứng trước nguy thiếu hụt nước cho sinh hoạt sản xuất, mùa khô năm hạn hán Từ nảy sinh mâu thuẫn, tranh chấp việc khai thác sử dụng bảo vệ nguồn nước Khan nước thực tế mà quốc gia phải đối mặt ngày quan tâm nhiều Cùng với đầu tư yếu sở hạ tầng ngành nước khiến cho nhiều quốc gia giới phải đối mặt với cạnh tranh ngày gay gắt khai thác sử dụng tài nguyên nước ngành dùng nước với nhau, khu vực thượng nguồn hạ lưu, khu vực đô thị nông thôn, nhu cầu phát triển kinh tế xã hội với yêu cầu bảo vệ môi trường hệ sinh thái Đứng trước tình trạng khan nước phân bố không đều, nhiều quốc gia nhiều tổ chức tiến hành nhiều nghiên cứu khác nhằm tìm kiếm giải pháp tốt cho việc phân phối, khai thác sử dụng khác Vấn đề phân bổ tài nguyên nước trở thành tâm điểm nhiều xung đột nước quốc tế Sự cạnh tranh nước điều hiển nhiên không số lượng mà chất lượng Thủy lợi, công nghiệp, nông nghiệp, hộ gia đình môi trường đô thị cạnh tranh công cho phần nước họ Nhiều đàm 10 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước phán bắt đầu với bên dựa sở quyền lợi vị trí, nghĩa ven sông có quyền phân bổ định dựa chế độ quyền nước nội đất nước theo thỏa thuận lưu vực sông Các mục tiêu phân bổ nguồn nước ý đến quyền sử dụng nước công bằng, hiệu Để đạt mục tiêu phân bổ nước đòi hỏi phải có hợp tác tất bên liên quan việc chia sẻ tài nguyên nước Tuy nhiên, có nghiên cứu phối hợp xem xét hai khía cạnh hiệu công phân bổ nguồn nước Lý thuyết trò chơi phương pháp thích hợp để mô hình hóa giải xung đột nước Lý thuyết đưa John von Neumann, nhà toán học lớn người Mỹ Khái niệm mô hình lý thuyết trò chơi áp dụng rộng rãi kinh tế, thương mại, xã hội, trị, sinh học, ngành khoa học khác để giúp người phân tích tượng xã hội thực thành công nước ngoài, để từ áp dụng vào thực tiễn Việt Nam Mục đích Luận văn tìm hiểu ứng dụng lý thuyết toán, đặc biệt lý thuyết trò chơi nhằm tìm kiếm giải pháp hợp lý cho hợp tác phân bổ tài nguyên nước cách công hiệu quả, tích hợp phân bổ quyền nước, phân phối thu nhập công bối cảnh thực tế khó khăn khan nước, việc xây dựng đập, biến đổi khí hậu Mục tiêu Luận văn Ứng dụng lý thuyết trò chơi mô hình toán để giải vấn đề khan nước Từ dự báo định hướng hợp tác liên minh đắn cho thành phố, quốc gia Nội dung công việc thực Để đạt mục tiêu trên, Luận văn thực nội dung sau: 11 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Phân tích vấn đề tồn thành phố, quốc gia khan nước Xây dựng mô hình trò chơi để phân tích phân phối nước lộ trình chuyển nước qua nhiều tỉnh thành, quốc gia Xây dựng giải pháp trò chơi, kịch chạy kịch Phạm vi, giới hạn đề tài Trong trình thực thời gian đặc biệt số liệu hạn chế nên: Đề tài xem xét giải xung đột tài nguyên nước mặt số lượng Phương án đề tài đưa kiểm định dựa toán giả định Chưa áp dụng thực tiễn cho Việt Nam 12 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Xung đột quản lý tài nguyên nƣớc Nguồn nước cần thiết cho tồn người tất sinh vật Từ quan điểm kinh tế, tài nguyên nước nguồn cung cấp loạt dịch vụ cho hoạt động sinh hoạt, tiêu dùng công, nông, ngư nghiệp Tuy nhiên, suy thoái chất lượng nước tình trạng khan nước hai vấn đề nghiêm trọng nước phát triển Do thời gian không gian, lượng mưa phân phối không đồng đều, tốc độ tiêu thụ nước tăng tỉ lệ cấp số nhân với tốc độ gia tăng dân số Suy thoái chất lượng nước, nhiệt độ tăng, cung cấp nước ngày giảm nước khan Người ta ước tính vào năm 2025, giới khoảng 7,9 tỷ người khó chí đáp ứng nhu cầu nước để uống, nấu ăn dịch vụ khác Quản lý tài nguyên nước liên quan đến vấn đề thường xảy mâu thuẫn xung đột Quyền sở hữu nước khó để xác định, thị trường nước không dễ dàng để thiết lập hầu hết quốc gia Trong trường hợp quyền thị trường tài sản độc quyền, xung đột nhiều bên liên quan cạnh tranh cho sử dụng nước tránh khỏi Để giải vấn đề mô hình quản lý tài nguyên nước cần đưa để giải xung đột liên quan Lý thuyết trò chơi phương pháp hữu ích để mô hình xung đột Lý thuyết nghiên cứu chiến lược cân nhiều người chơi tình tương tác phụ thuộc lẫn 1.1.1 Trong nƣớc Theo dự báo đến năm 2030 có khoảng 60 quốc gia thiếu nước trầm trọng, có Việt Nam Ở nước ta, nước sử dụng cho sinh hoạt 70 % nước mặt 30 % nước ngầm Tuy nhiên, năm gần khai thác mức nên mạch nước ngầm 67 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước đàm phán chuỗi bước mà đối phương cố gắng đạt thỏa thuận có lợi Các bước cởi mở hay cấu trúc Một bước mở thông báo với người người chơi thực hay sai lầm ưu tiên qui định hay ý định đối phương Một bước cấu trúc hành động công khai, cam kết hay đề nghị công khai Do việc đàm phán lượng quốc gia tăng cường tiềm quốc gia việc thành lập liên minh với quốc gia khác, mong muốn thấy nhiều bước cởi mở từ người chơi chủ chốt mục tiêu vậy, mặt giá trị bước không nên đưa vào xem xét Sudan theo cách khác để minh họa rõ cho Ai cập Ethiopia, nước thành lập liên minh với quốc gia xích đạo để củng cố vị trí việc đàm phán việc hợp tác phát triển lưu vực sông Sông Nile Xanh, bước mang lại lợi ích cho Sudan để đánh giá phân bổ nước nước lại mang lại lợi ích lớn cho quốc gia xích đạo (Bảng 3.4) 3.1.2.5 Giá trị Shapley, hạt nhân, tính công Trong giá trị lõi thiết lập ranh giới cho việc đàm phán, giải pháp lý thuyết trò chơi khác giá trị Shapley hạt nhân hữu ích việc xác định điểm trọng tâm việc đàm phán hợp tác thích hợp a Hạt nhân Hạt nhân trường hợp phân bổ có vượt nhỏ Một cách tính toán, hạt nhân tìm thấy cách giải vấn đề tối thiểu - tối đa nêu chịu ràng buộc lõi, có nghĩa hạt nhân đáp ứng điều kiện hợp lý cho hợp lý cá nhân hợp lý nhóm Sử dụng hệ thống mô hình đại số chung (GAMS), thuật toán lập trình tuyến tính để giải vấn đề tối ưu hóa trên, hạt nhân trò chơi phân bổ xác định bảng 3.6 Một lời phê bình hạt nhân xem xét lợi ích vượt liên minh, mức độ liên minh (số lượng người chơi liên minh đề nghị) Hạt nhân phân bổ quốc gia, biến 68 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước thể hạt nhân, làm giảm bớt vấn đề Trong tính toán hạt nhân phân bổ quốc gia, thay v(S) ui với v(S) ui / N , với N kích thước liên minh S Sử dụng công thức này, thấy bảng 3.6 hạt nhân phân bổ quốc gia cho nhiều trọng số Ai Cập Sudan Bảng 3.6 Hạt nhân Trò chơi phân bổ sông Nile Giá trị kinh tế hàng năm, ×106 US$ Hạt nhân phân bổ Hạt nhân phân bổ quốc gia Ai Cập 3,051 2,996 Sudan 2,309 2,255 Ethiopia 1,952 2,344 Các quốc gia xích đạo 1,800 1,516 Hạt nhân giải pháp hữu ích áp dụng cho xung đột nguồn nước quốc tế Đầu tiên, lựa chọn hấp dẫn định phân bổ cuối nhà đàm phán không chắn lựa chọn trọng tài việc phân bổ Thứ hai, hạt nhân cần thiết phải có lõi, bảo đảm biện pháp khuyến khích kinh tế cách tự động Thứ ba, hạt nhân (đặc biệt hạt nhân phân bổ quốc gia) có xu hướng cân tuyên bố tất người tham gia, giải pháp hạt nhân xấp xỉ đề nghị cân lợi ích vượt cho tất người chơi b Giá trị Shapley Một giải pháp điểm khác mang lại ý nghĩa thực tiễn quan trọng cho việc xung đột nguồn nước giá trị Shapley Giá trị Shapley trình bày cách tiếp cận riêng biệt cho vấn đề chiến lược tương tác phức tạp khuôn khổ trò chơi hợp tác khái niệm lý thuyết trò chơi hợp tác hữu ích nhất, giá trị Shapley thường sử dụng chuẩn mực công 69 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Mặc dù Ethiopia quốc gia xích đạo đóng góp cho tất dòng chảy lưu vực sông Nile, ý nghĩa đóng góp cân đóng góp đáng kể từ quốc gia ven sông vùng hạ lưu Ví dụ, giả định hợp tác liên minh mà thiếu diện Ai Cập sửa đổi bổ sung Jebel Aulia, dự án đất ngập nước sông Nile Trắng hồ chứa sông Nile Xanh, không hoàn thành Chính hậu vắng mặt Ai Cập từ liên minh sử dụng cho dự án có tầm quan trọng với đóng góp tiềm đề cập giải pháp hợp tác Với đóng góp với thực tế Ai Cập đạt phần lớn lợi ích kinh tế riêng mình, cho phép Ai Cập mở rộng chia sẻ từ hợp tác, Ai cập không đóng góp vào dòng chảy sông Một khía cạnh phi thực tế giải pháp giá trị Shapley trò chơi phân bổ nguồn nước giả định tính đối xứng Sự đối xứng có nghĩa liên minh với số lượng người chơi có khả ngang hình thành nhóm người chơi có quyền tham gia ngang việc tham gia liên minh Bảng 3.7 Giá trị Shapley Giá trị Shapley Quốc gia Giá trị kinh tế hàng năm, ×106 US$ 2,960 2,280 2,049 Ai cập Sudan Ethiopia Các quốc 1,823 gia xích đạo 3.1.3 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi Chia sẻ, % 32 25 22 20 Sự khác biệt giá trị Shapley hạt nhân dự đoán bắt nguồn từ hai khái niệm quy phạm khác cân đối Giá trị Shapley nhiều bình đẳng hạt nhân hạt nhân ưu tiên liên minh không hài lòng, giá trị Shapley đảm bảo công cho tất liên minh Giá trị Shapley hạt nhân khác mối quan hệ giá trị lõi Hạt nhân có nguồn gốc từ giá trị lõi phụ thuộc vào 70 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước giá trị lõi Giá trị Shapley có nguồn gốc từ tư hợp lý, xuất phần lõi rắc rối nhiều thiết kế Một số tiêu chí chung cần thiết để đánh giá hòa giải giải pháp bắt nguồn từ khái niệm cạnh tranh công Tiêu chí đầu giá trị lõi - đại diện cho khuyến khích quốc gia ven sông tham gia hợp tác Giải pháp hạt nhân luôn nằm giới hạn giá trị lõi Tuy nhiên giải pháp dựa giá trị Shapley, có không nằm giá trị lõi, cần xem xét kỹ lưỡng có điều chỉnh Tiêu chí thứ hai biên độ khác biệt giải pháp tiềm cho thành viên Cho bốn người chơi dính chặt với giá trị lõi, tập hợp mối quan hệ phức tạp người chơi, phân loại đầu mối tiềm Trên sở giá trị tối đa tối thiểu cho người chơi nêu giá trị lõi trò chơi (bảng 3.5), chia khác biệt mang lại việc phân bổ thể bảng 3.8 Bảng 3.8 Điểm trung tâm giả thiết trò chơi phân bổ sông Nile Giá trị kinh tế hàng năm, ×106 US$ Maximizing Maximizing Maximizing Maximizing Sự khác biệt Ai Cập Sudan Ethiopia Các quốc gia xích đạo Ai Cập 4,170 3,851 2,498 1,804 3,081 Sudan 3,109 3,428 1,778 1,339 2,414 600 600 3,603 3,603 2,102 1,233 1,233 1,233 2,366 1,516 Ethiopia Các quốc gia xích đạo Tiêu chí thứ ba hữu ích để đánh giá giải pháp khác xu hướng phá vỡ Xu hướng phá vỡ thành viên i định nghĩa tỉ lệ mát người khác, i từ chối hợp tác, với mát thứ i từ từ chối hợp tác Ví dụ, trò chơi phân bổ Nile xu hướng Ethiopia để phá vỡ tính sau [P(Ai Cập)+ P(Sudan)+ v(các quốc gia xích đạo) - v(Ai Cập-Sudan- quốc 71 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước gia xích đạo)]/P(Ethiopia) - v(Ethiopia) Rõ ràng sở xu hướng phá vỡ thành viên cao hơn, có sức mạnh đàm phán cao Bảng 3.9 so sánh giá trị Hạt nhân, giá trị Shapley cho hợp tác lưu vực sông Nile ba tiêu chí đánh giá nêu Tất giải pháp lý thuyết trò chơi đáp ứng nhu cầu giá trị lõi Bảng 3.9 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi Giải pháp Điều kiện hợp lý cá Thiên Khác biệt trung Liên minh nhân hợp lý hướng phá tâm nhóm vỡ Hạt nhân Thỏa mãn Ai Cập 3,051 85 0.90 Sudan 2,309 77 0.87 Ethiopia 1,952 157 1.22 Các quốc gia xích đạo 1,800 1.00 Giá trị Shapley Thỏa mãn Ai Cập 2,960 1.05 Sudan 2,280 48 0.92 Ethiopia 2,049 60 1.07 Các quốc gia xích đạo 1,823 17 0.92 Điểm trung tâm Thỏa mãn Ai Cập 2,966 - 1.04 Sudan 2,232 - 1.00 Ethiopia 2,109 - 0.99 Các quốc gia xích đạo 1,806 - 0.98 3.2 Giải toán giả định xung đột nƣớc 3.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu giả định Một trò chơi hợp tác điển hình bao gồm ba yếu tố : (1) tập hợp người chơi N, (2) tập hợp hành động khả thi kết hợp với liên minh, (3) tập hợp thành phần đặc trưng, cho liên minh trò chơi 72 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Ta giả định người chơi {A},{B},{C},{D} bốn quốc gia / vùng miền nằm lưu vực sông có xung đột tài nguyên nước Loại liên minh Bảng 3.10 Danh sách liên minh Liên minh Liên minh thành viên {A},{B},{C},{D} Liên minh thành viên {A,B}, {A,C}, {A,D}, {B,C}, {B,D}, {C,D} Liên minh thành viên {A,B,C}, {A,B,D}, {A,C,D}, {B,C,D} Liên minh {A,B,C,D} Ta có bảng số liệu lượng nước tiêu tốn cho thuỷ lợi thuỷ điện tạo quốc gia sau: Bảng 3.11 Lượng nước tiêu tốn cho thuỷ lợi thuỷ điện tạo Độc lập Hợp tác Hợp tác Hợp tác quốc gia quốc gia Lƣợng nƣớc tiêu tốn cho thuỷ lợi (BCM) {A} 1.00 10.00 10.00 10.00 {B} 12.00 15.00 17.00 17.00 {C} 54.00 45.00 54.75 54.60 {D} 2.00 2.00 2.00 2.00 Tổng 69.00 72.00 83.75 83.60 Thủy điện đƣợc tạo (GWh) {A} 14,948 14,812 35,399 {B} 1543 1572 2382 2448 {C} 6303 3951 5788 5761 {D} 1074 963 15,533 15,533 Tổng 8920 21,434 38,514 59,141 3.2.2 Giải toán giả định 3.2.2.1 Công thức toán học mô hình NEOM nhƣ sau: Maximize pwi ,c Qti ,c pei ,c KWH ti ,c c i ,c t i ,c t 73 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Pwi ,c : giá trị kinh tế tưới tiêu khu vực i cho đất nước c (tính theo 0.05 đô la cho m3) Qti ,c : lượng nước tiêu tốn cho thủy lợi khu vực i cho đất nước c tháng t Pei ,c : giá điện khu vực i cho đất nước c (tính theo 0.08 đô la/GWh) KWH ti ,c :là thủy điện tạo khu vực i cho đất nước c tháng t Từ công thức ta tính lợi ích kinh tế quốc gia sau: Bảng 3.12 Lợi ích kinh tế quốc gia Độc lập Hợp tác quốc gia Hợp tác quốc gia Hợp tác {A} 50 1696 1685 3332 {B} 723 876 1041 1046 {C} 3204 2566 3201 3191 {D} 186 177 1343 1343 Tổng 4164 5315 7269 8911 1151 3105 4748 Lợi ích kinh tế (triệu đôla/năm) Lợi ích hợp tác (triệu đôla/năm) Bảng 3.13 Giá trị đặc trưng trò chơi hợp tác Lợi ích Liên Minh, ×109 Liên Minh US$/năm {A} 50 {B} 723 {C} 3204 {D} 186 {A,B} 2572 {A, C} 4262 {A, D} 1873 {B, C} 3442 {B, D} 1053 74 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước {C, D} 5492 {A, B, C} 5927 {A, B, D} 4069 {A, C, D} 6229 {B, C, D} 5585 {A, B, C, D} 8911 3.2.2.2 Phân bổ theo Gíá trị Shapley Bảng 3.14 Trọng số xác suất cho giá trị Shapley cho liên minh khả thi {A} {B} {C} {D} Liên minh (S – I)I (A) (B) A (C) A (D) A Liên Shapley minh (S –I)I 0,25 (B) 0,083 (A) B 0,083 (C) B 0,083 (D) B (B-C) A 0,083 (B-D) A 0,083 (C-D) A 0,083 (B-C-D) A 0,25 (A-C) B (A-D) B (C-D) B (A-CD) B Liên Shapley minh (S – I)I 0,25 (C) 0,083 (A) C 0,083 (B) C 0,083 (D) C Liên Shapley minh (S – I)I 0,25 (D) 0,083 (A) D 0,083 (B) D 0,083 (C) D 0,083 (A-B) C 0,083 0,083 (A-D) C 0,083 0,083 (B-D) C 0,083 0,25 (A-B-D) 0,25 C (A-B) D (A-C) D (B-C) D (A-BC) D Shapley 0,25 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,083 0,25 Ta thấy trọng số B C giảm, ưu họ suy giảm, song song với phần kinh tế đóng góp (bảng 3.14) Điều ngạc nhiên điều kiện xử lý bật đưa cho liên minh B-C Tuy nhiên A D không tham gia liên minh lớn B C có mặt Thay đổi tổng thể khả xảy liên minh B-C khả hợp thành số nhà máy điện không xây dựng, điều có thê xảy D đưa vào thỏa thuận Ngoài ra, 75 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước vị trí A D thành viên cuối tăng cường sức mạnh thương lượng họ Quốc gia Bảng 3.15 Giá trị Shapley Phân bổ theo Shapley (109 đôla/năm) {A} 1747 {B} 1483 {C} 4052 {D} 1630 Code shapley Ca=50 Cb=723 Cc=3204 Cd=186 Cab=1696+876 Cac=1696+2566 Cad=1696+177 Cbc=876+2566 Cbd=876+177 Ccd=177+5315 Cabc=1685+1041+3201 Cabd=1685+1041+1343 Cacd=1685+3201+1343 Cbcd=1041+3201+1343 Cabcd=8911 %%Theo Shapley xA=Ca/4+[Cab-Cb+Cac-Cc+Cad-Cd]/12+[Cabc-Cbc+Cabd-Cbd+CacdCcd]/12+[Cabcd-Cbcd]/4 76 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước xB=Cb/4+[Cab-Ca+Cbc-Cc+Cbd-Cd]/12+[Cabc-Cac+Cabd-Cad+CbcdCcd]/12+[Cabcd-Cacd]/4 xC=Cc/4+[Cac-Ca+Cbc-Cb+Ccd-Cd]/12+[Cabc-Cab+Cacd-Cad+CbcdCbd]/12+[Cabcd-Cabd]/4 xD=Cd/4+[Cad-Ca+Cbd-Cb+Ccd-Cc]/12+[Cabd-Cab+Cacd-Cac+CbcdCbc]/12+[Cabcd-Cabc]/4 3.2.2.3 Phân bổ theo Hạt nhân Bảng 3.16 Hạt nhân trò chơi phân bổ Quốc gia Phân bổ theo Hạt nhân (109 đôla/năm) {A} 1785 {B} 965 {C} 4275 {D} 1886 Code hạt nhân >> Ca=50 Cb=723 Cc=3204 Cd=186 Cab=1696+876 Cac=1696+2566 Cad=1696+177 Cbc=876+2566 Cbd=876+177 Ccd=177+5315 Cabc=1685+1041+3201 Cabd=1685+1041+1343 Cacd=1685+3201+1343 77 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Cbcd=1041+3201+1343 Cabcd=8911 %%Phân bổ theo The Least Core and Nucleolus fminLC=[0 0 1]; A=[1 0 -1;0 0 -1;0 -1;0 0 -1;1 0 -1;1 -1;1 0 -1;0 1 -1;0 1 -1;0 1 -1;1 1 -1;1 1 -1;1 1 -1;0 1 -1]; b=[Ca Cb Cc Cd Cab Cac Cad Cbc Cbd Ccd Cabc Cabd Cacd Cbcd]; Aeq=[1 1 0]; beq=[Cabcd]; lb=zeros(4,1) ; xLC= linprog(fminLC,A,b,Aeq,beq,lb) Bảng 3.17 Đánh giá giải pháp lý thuyết trò chơi Giải pháp Liên minh Điều kiện hợp lý Xu hướng phá vỡ (109 đôla/năm) cá nhân hợp lý nhóm Giá trị Shapley Thỏa mãn {A} 1747 0,90 {B} 1483 0,81 {C} 4052 0,19 {D} 1630 0,83 Hạt nhân Thỏa mãn {A} 1785 0,86 {B} 965 1,78 {C} 4275 0,13 {D} 1886 0,58 78 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước 3.3 Thảo luận Trong lưu vực sông quốc tế quy định rõ ràng việc phân bổ lợi ích từ tiềm hợp tác quốc gia ven sông tham gia chương trình Vì lợi ích kinh tế từ việc hợp tác có ý nghĩa với quốc gia ven sông lợi ích từ hợp tác không đảm bảo Trong viết này, ta khái niệm lý thuyết trò chơi giải pháp giúp thúc đẩy hợp tác phù hợp cho lưu vực sông Kiến thức giá trị lõi trò chơi dùng để xác định giải pháp xung đột nguồn nước Giá trị lõi dựa lợi ích cá nhân lợi ích nhóm Ví dụ, chương trình phân bổ quốc gia tham gia có lợi ích hoạt động độc lập, tính giải pháp khả thi Tương tự vậy, xây dựng liên minh lớn, thành viên phải phân bổ để kết hợp lợi ích mà vượt trội mà thành viên khác đạt Bằng cách xác định so sánh tiềm lợi ích cho khối liên minh, điều giúp đưa giải pháp tốt cho việc phân bổ nguồn nước sông trò chơi Những phân tích giải pháp lý thuyết trò chơi giá trị lõi, Hạt nhân giá trị Shapley giúp người chơi nhà đàm phán quốc gia ven sông đưa định để đánh giá quyền hạn công trường hợp cụ thể Bảng 3.17 so sánh giá trị Hạt nhân giá trị Shapley cho trò chơi Tất giải pháp lý thuyết trò chơi đáp ứng nhu cầu giá trị lõi Vì thế, kết khuyến khích quốc gia hợp tác với Khi so sánh hai giải pháp Hạt nhân giá trị Shapley ta thấy khác biệt kết chúng Điều dẫn đến kháng cự mạnh việc thực Trong trường hợp đó, giá trị Shapley giải pháp hấp dẫn với xu hướng phá vỡ tương đối thấp Giá trị lõi trò chơi cho thấy C yêu cầu lợi ích lớn cho tham gia quốc gia chương trình hợp tác người chơi có ràng buộc thấp mà lại cao so với lợi ích từ hoạt động độc lập Tất 79 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước nhiên, thực tế C có quyền mà không thiết có nghĩa nước sử dụng để làm bất lợi nước láng giềng Trong nhiều giải pháp sẵn sàng A với việc hợp tác cao đạt lợi ích lớn từ hợp tác Thực tế hầu hết vùng nước sông bắt nguồn từ A lý hợp lý cho A tránh hợp tác phát triển lưu vực sông Thật vậy, điều kiện việc phân bổ lợi ích mà ta xem xét, A đạt nhiều (cả điều khoản tuyệt đối tương đối) từ việc gia nhập liên minh lớn, liên quan đến trạng 3.4 Kết luận Các khuôn khổ hợp tác lý thuyết trò chơi đưa viết sở cho việc thiết kế tập nhằm mục đích đào tạo đàm phán thực tế quốc gia ven sông Mỗi ví dụ trò chơi mà quốc gia tham gia phần chơi cụ thể đại diện cho quốc gia ven sông thương lượng với quốc gia lại điều khoản thỏa thuận tiềm phân bổ nguồn nước Trò chơi thiết kế để mô trình đàm phán thực tế mà nhà hoạch định nhà đàm phán phải định, hàng loạt lựa chọn chiến lược tham gia vào thỏa thuận với quốc gia ven sông khác, hình thành cộng đồng liên minh với quốc gia ven sông khác, thực hoạt động độc lập Những trò chơi góp phần cho nhà đàm phán định giai đoạn chuẩn bị trước đàm phán thức Bài học lớn từ phân tích quốc gia ven sông theo giả định đạt đáng kể từ liên minh lớn, có nhiều quy tắc chia sẻ lợi ích mà dường khả thi lẫn công 80 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Al Radif, 1999 Integrated water resources management [IWRM]: an approach to face the challenges of next century and to avert future crises Desalination 124[1-3], pp 145-153 [2] Anzecc, 2000 An Introduction to the Australian and New Zealand Guidelines for Fresh and Marine Water Quality [3] Barton, T L, 1992 A unique solution for the nucleolus in accounting allocations Decision Sciences, , 23(2), pp 365-375 [4] Bekele and Nicklow, 2007 Model Performance Sensitivity to Objective Function during Automa [5] Carraro, 1995 Control and Game Theoretic Models of the Environment [6] Chaube, U.C, 1990 Water conflict resolution in the Gangs-Brahmaputra basin International Journal of Water Resources Development 6[2], pp 79- 85 [7] Dinar, 2000 The process of negotiation over international water disputes: The case of Nile Basin, Int Negot., 5, pp 331– 356 [8] Dov Monderer, 2002 Variations on the shapley value HandBook of Game Theory No III, pp 1-34 [9] F Berkes, 1989 Common Property Resources: Ecology and CommunityBased Sustainable development Belhaven, London [10] G.Gambarelly, 1990 A new approach for Evaluating the Shapley value, 21(3), pp 445-452 [11] Gately, 1974 Sharing the gains from regional cooperation: A game theoretic application to planning investment in electric power Intematwnul Economic Review, 15(1), pp 195-208 [12] Harsanyi-Selten, 1972 A generalized Nash solution for twoperson bargaining games with incomplete information.Management Science 18, pp 80-106 81 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước [13] Hipel et al, 2003 Water resource allocation:a cooperative game approach Journal of Environmental Informatics [1], pp 11-22 [14] Kaveh Madani, 2011.Cooperative Institutions for Sustainable Management of Common Pool Resources [15] Mann I., 1962 Values of large games VI: evaluating the electoral college exactly Rand Corporation RM 3158, Santa Monica, California [16] Maria Montero, 2005 On the Nucleolus as a Power Index, Homo Oeconomicus 22(4): pp 551–567 [17] Michael Carter, 1996 The Nucleolus Strikes Back, pp 125-134 [18] Van der Veeren, 2003 Game theoretic analyses of nitrate emission reduction strategies in the Rhine river basin International Journal of Global Environmental Issues [1], pp 74_103 [19] Shapley L.S, 1953 A value for n-person game In: H W Kuhn and A W Tucker (eds): Contributions to the Theory of games II no 39 Princeton University Press, Princeton, pp 307-317 [20] Shapley L.S, 1954 A Method for Evaluating the Distribution of Power in a Committee System, American Political Science Review 48 : pp 787792 [21] Roberto Serrano, 2012 Lloyd Shapley’s Matching and Game Theory, pp 1-34 [22] Vito Fragnell, 2009 The Propensity to Disruption for Evaluating a Parliament, pp 234-239 [23] Wang, L.Z., 2005 Cooperative Water Resources Allocation among Competing Users A PhD Dissertation, the University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada [24] Wang et Al, 2003 Water resource allocation: A cooperative game approach Journal of Environmental Informatics 2[1], pp 11-22 [...]... niệm lý thuyết trò chơi để giải quyết những xung đột môi trường quốc tế bằng cách hợp tác 24 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước Cũng như quản lý tài nguyên nước, lý thuyết trò chơi đã sớm được đưa ra để áp dụng giải quyết vấn đề về mối quan hệ giữa các sinh vật trong giai đoạn tiến hóa [Warburton, 1967; Slobodkin, 1974] [Lewandowski,1979] sử dụng. .. Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước Hình 2.6 : Thiên nhiên và xã hội loài người từ góc độ lý thuyết trò chơi [Vrieze, 1995] phân loại trò chơi môi trường theo hai cách: trò chơi xã hội và trò chơi hao mòn, và [Kelly, 2003] phân loại vào các trò chơi kỹ năng, trò chơi may rủi và các chiến lược trò chơi Trong nghiên cứu này, các trò chơi liên quan đến nước, quản lý tài. .. sông cần được giải quyết thông qua đàm phán dựa trên lợi ích của họ Bản chất của kỹ thuật giải quyết đàm phán dựa trên các cuộc xung đột 23 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước nước là để tìm một giải pháp lợi ích công bằng trong tình hình hiện tại Lý thuyết trò chơi có thể là một phương pháp thích hợp để mô phỏng và giải quyết xung đột như vậy So... lưu vực Có nhiều công cụ khác nhau để giải quyết những xung đột Các công cụ này bao gồm các công cụ kinh tế và các quy định trực tiếp, so sánh với trò chơi mới được phát triển bằng cách tiếp cận lý thuyết trò chơi (Hình 1.1) 20 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước Hình 1.1: Công cụ để giải quyết các cuộc xung đột nước [Dinar et al 1997] và [Wang, 2003]... người chơi biết về các chiến lược và thành quả thu được của các người chơi khác, nhưng không nhất thiết biết về các hành động của họ 2.1.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nƣớc Lý thuyết trò chơi bắt đầu với toán học ứng dụng và lý thuyết kinh tế vi mô, nhưng sau đó nó được sử dụng như một cách tiếp cận mô hình quản lý tài nguyên 36 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải. .. khác nhau để biểu diễn rằng chúng đều thuộc cùng một tập hợp thông tin (nghĩa là, người chơi không biết họ đang ở điềm nào) 33 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước Hình 2.1: Một cây trò chơi được sử dụng để minh họa cho trò chơi 2.1.1.3 Mô hình trò chơi đặc biệt Một số trò chơi đã được sử dụng rộng rãi để phân tích và minh họa vấn đề tài nguyên môi... lượng nước không được sử dụng để giải quyết lượng nước phân bổ tối ưu, mặc dù một số mô hình đã được áp dụng đối với việc kiểm soát lượng chất gây ô nhiễm nước dựa trên các giả định của tần số khác nhau và dòng chảy thủy văn Lý thuyết trò chơi là một công cụ được áp dụng để đối phó với cả chất lượng và số lượng nước 26 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước. .. hệ sinh thái nước ngọt nên được xem xét trước hết là trong quản lý tài nguyên nước 19 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên nước 1.3 Giải quyết xung đột nguồn nƣớc Các vấn đề về suy thoái chất lượng nước và tình trạng khan hiếm nước thường liên quan đến mâu thuẫn nhiều bên liên quan có quyền lợi Mục tiêu và chiến lược thường dẫn đến xung đột nước, chẳng... để người ta nên phải xem xét hành xử như thế nào 2.1.1.2 Mô hình lý thuyết trò chơi và chiến lƣợc mở rộng Các mô hình trò chơi có thể được chia thành hai loại: chiến lược trò chơi chuẩn tắc và trò chơi mở rộng (1) Trò chơi chiến lƣợc chuẩn tắc Một trò chơi chiến lược chuẩn tắc được định nghĩa như sau: G N ,(Si ),(u i ) 31 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải quyết xung đột về tài nguyên. .. thường nước để giải quyết xung đột lợi ích [Xiao et al, 2005] Cho đến nay hầu hết các mô hình lý thuyết trò chơi đã không giải quyết được vấn đề nước, nơi có tồn tại mâu thuẫn về cả chất lượng và số lượng Chi tiết mô hình số lượng nước xem xét việc lý thuyết trò chơi được áp dụng để tối ưu hóa phân bổ nước để giải quyết những xung đột của thiếu nước, nhưng đã không được chú ý ảnh hưởng của chất lượng nước ... dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nƣớc Lý thuyết trò chơi giai đoạn hình thành đơn nhánh Toán học ứng dụng. .. số ứng dụng khái niệm lý thuyết trò chơi để giải xung đột môi trường quốc tế cách hợp tác 24 Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng lý thuyết trò chơi để giải xung đột tài nguyên nước Cũng quản lý tài nguyên. .. Lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước .26 2.1.1 Mô hình lý thuyết trò chơi .29 2.1.2 Cách tiếp cận lý thuyết trò chơi quản lý tài nguyên nước .35 2.1.3 Sử dụng lý thuyết trò