行为经济学在分布式系统合作性中的研究

Current cooperation guaranteeing mechanisms in distributed systems are all based on traditional economic theories, which are proved that there are many faults to prevent those theories in suiting requirements of distributed applications. Bases on the behavior economic theory, the project will analyze and conclude the similar characteristics between the behavior economic and cooperation guaranteeing requirements in distributed systems, so as to (1) build mapping specifications from behavior economic theories to corresponding technical theories in distributed systems: the project will present whole new definitions to construct the cost function and the value function according to the prospect theory, and the fairness is considered throughout the overall process of nodes' behavior choice in distributed systems; (2) the project fully consider the irrationality of nodes, and hence, based on the consideration of the irrationality, cooperation guaranteeing mechanisms and corresponding mathematical model will be proposed according to behavior economics; (3) Using parameter set, progress design and data analysis method in behavior economic experiments for references, the project will present distributed simulation algorithms according to the law and the principle of field investigation in behavior economics. At last, all theory and simulation algorithms will be verified in special experimental platform. The traditional economic theories do not concern the effect of psychological factors, and wrongly assume that the preferences are stable and consistent. And thus, cooperation guarantee mechanisms based on the traditional economic theories could not solve the realistic non-cooperation problems from distributed systems. The project tries to solve above problems and realize the computerized experiments of the behavior economics in real distributed environments. The project will present a new method for researching on improving nodes cooperation in distributed systems.

当前采用传统经济学理论的分布式合作保障机制，其经济学理论基础存在缺陷，使其不能很好地适应分布式应用需求。本课题引入行为经济学基本理论作为研究基础，归纳提炼行为经济学与分布式合作保障需求的共性知识，(1)建立行为经济学基本理论与分布式领域相关理论的映射规范：根据前景理论以新规则确定成本函数和价值函数，将公平性考量贯穿节点行为选择全过程；(2)充分肯定节点的非理性，并在此基础上构建基于行为经济学的分布式系统合作保障机制和相关数学模型；(3)借鉴行为经济学实验的参数设定，实验过程设计和实验数据分析方法，提出符合行为经济学田野调查规律和原理的分布式仿真算法，最终在实验平台编程实现并实际运行验证。本课题研究可解决传统经济学理论设定没有涵盖心理因素，并错误假设偏好稳定一致，而造成的理论模型与现实结论不匹配的问题，可实现行为经济学的计算机仿真和实现，为促进分布式系统中合作性的研究开辟了新的探索方法。

当前采用传统经济学理论的分布式合作保障机制，其经济学理论基础存在缺陷，使其不能很好地适应分布式应用需求。本项目引入行为经济学基本理论作为研究基础，归纳提炼行为经济学与分布式系统合作保障需求的共性知识，建立行为经济学基本理论与分布式领域相关理论的映射规范。根据前景理论以新规则确定成本函数和价值函数，将公平性考量贯穿节点行为选择全过程，充分肯定节点的非理性，并在此基础上构建基于行为经济学的分布式系统合作保障机制和相关数学模型，主要研究内容如下：.（1）针对在高度动态的、彼此之间关联度较低的分布式系统中，节点如何维持高度合作的问题，同当前激励机制、博弈论等促进节点合作行为的研究不同，提出一种基于利他惩罚的节点合作保障机制，假设分布式系统中存在部分节点，具有惩罚那些违背合作规则的自私节点的行为倾向，自己承担惩罚自私节点的成本。利他惩罚节点通过惩罚自私节点，降低其不合作概率，来提高系统合作水平，从而增加系统整体收益，保障系统的良好性能。.（2）提出一种基于损失厌恶和心理概率理论的合作保障机制，在合理的行为假设基础上进行节点行为的分析和选择，由于节点无论合作还是不合作都存在损失与收益，根据“损失厌恶理论”，节点同等收益和损失时造成的心理效用是不一样的。与此同时，自私节点以一定概率不合作，根据“心理概率理论”，当自私节点不合作概率较低时，利他惩罚节点会高估其不合作概率，反之，利他惩罚节点会低估其不合作概率。当自私节点不合作的概率超过利他惩罚节点心中的阈值时，利他惩罚节点就会对自私节点进行惩罚，使自私节点退出自治域，经实验验证，利用损失厌恶理论和心理概率能够很大比例的降低不合作节点概率，而且系统收益得到很大的提高，对于分布式系统的稳定运行起到了较好的作用。.（3）提出一种基于前景理论的合作保障模型，在分布式系统中节点在面临收益或损失时，其风险态度是不一致的，著名经济学家Tversky和Kahneman提出了价值函数形式，基于前景理论，利用其价值函数和权重函数算出节点采取合作行为与自私行为时的前景值，通过利他惩罚节点的惩罚，令合作行为的前景值大于自私行为的前景值，此时，节点更倾向于采取合作行为，从而保障了节点的合作性，使系统中节点的自私行为得到有效抑制，选择合作行为的节点大幅度提升。