信息学院赵登吉课题组在基于社交网络的数字经济机制研究中取得重大突破

ON2021-03-01CATEGORY科研进展

近日,由信息学院赵登吉教授独立完成的论文“Mechanism Design Powered by Social Interactions”被第20届智能体及多智能体系统国际会议(International Joint Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, AAMAS-2021)的蓝天创想专题(Blue Sky Ideas Track)接收。此专题有别于传统的科技论文评审,着重吸取领域内前瞻性的科研创新点、潜在的长期挑战和有争议的辩论,平均每年接收论文不超过10篇。赵登吉在此次被接收的论文中,首次系统性地提出了基于社交网络的新型市场机制设计大框架,引出了很多待解决的开放性问题,为吸引更多学者投入相关的研究提供指引。这也是华人学者首次独立在智能体及多智能体系统国际会议蓝天创想专题发表论文。

论文中所描绘的新研究方向以解决传统经济机制设计的不足而展开。传统的经济机制设计假设参与者集合是固定的,参与者之间是相互独立的,并且市场所有者可以直接接触到所有参与者。然而在现实生活中,市场所有者只能与少数参与者(他的社交邻居)直接接触。因此,所有者通常需要昂贵的广告来招募更多的参与者,以求获得更理想的结果,例如社会福利或收益最大化。而且,由于社交网络的发达,参与者之间很难相互独立。因此,在赵登吉提出的框架中,他建议利用市场现有参与者的社交关系来邀请更多的参与者(这也是社交网络所提供的便利)。但是,如果参与者之间存在竞争关系,他们就不愿意互相邀请。因此,论文重点讨论如何利用参与者之间的利益冲突来激发互相邀请,从而形成更大的市场,获得更好的结果。

基于社交网络的机制设计场景非常丰富,赵登吉课题组自2017年就率先开始相关场景的研究,取得了一系列理论成果,发表了人工智能顶会论文10余篇。此次被接收的论文重点分析了四种典型的场景:资源分配、任务分配、匹配和选举。在这四种场景中,分别阐述了通过社交网络获取更多参与者的优势与挑战,以及早期的成果。

在资源分配(拍卖)中,一个更大的市场能够获取更多参与者的需求,并增加社会福利或卖方的收入。该场景面临的主要挑战是要求参与者邀请新的参与者与自己竞争相同的资源。 为解决这个冲突,赵登吉课题组早期在AAAI、AAMAS、IJCAI等人工智能顶会已先后发表相关高质量论文数篇,首次提出了一系列的解决方案,但是这些方案只解决了部分问题,该场景下还有很多更深层次的问题有待进一步探究。

在任务分配(合作博弈)中,更大的参与团体可以组建更大的联盟,从而带来更好的合作收益。 例如,在一个研究项目中,将具备不同技能的人添加到团队中总是有益的。 但是,新加入的成员可能同时具备一些团队已经具备的能力,这将导致参与者之间的奖励分配产生竞争关系。经典的方法比如夏普利值(Shapley Value)无法解决这个冲突。赵登吉团队首次证明了夏普利值加上权重结合权限结构(Permission Structure)可以用来解决这个冲突,从而激励他们邀请更多的参与者加入。同时也证明了赢得DARPA 2009红气球挑战赛的合作机制属于这个结合的特例。这个方面的研究刚刚开始,还有很多场景和问题有待深入。

在匹配问题(男女匹配、肾脏交换等)中,更多人参与可以获得更令人满意的匹配结果。 然而面临的挑战与资源分配类似,受邀者可能与他们的邀请者竞争相同的可匹配对象。赵登吉课题组已证明,经典的匹配算法如最大交易圈算法(Top Trading Cycle) 和 稳定匹配算法(Gale–Shapley)无法解决这个冲突。研究人员需要进一步研究新的方法来解决该问题从而激励参与者之间的相互邀请。

在投票(社会选择)中,当有更多的选民参与时,这不仅会提高投票率,而且会使投票结果更难以操控。挑战在于,选民一般不愿意邀请与自己偏好不同的人参与。这就需要新的投票机制,使得不仅能够激励选民之间的互相邀请,还能使投票结果更加准确地反映出选民的偏好。新的机制有助于解决目前通过社交平台发起的投票所存在的不公平性,但是现阶段还没有成熟的解决方案。

以上场景在现实经济活动中有着非常广泛的应用,如社会福利分配、智能感知、众包、网络调研等。相关的研究需要更多感兴趣的学者长期持续性的投入,这将有助于推动社交经济的理论基础建设和促进社交经济的可持续发展,也是计算与经济交叉融合的重要发展领域。

论文全文链接:http://arxiv.org/abs/2102.10347

图:基于社交网络的相关机制设计问题图示