[发明专利]一种基于两阶段非对称纳什-主从博弈模型的跨区域水资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于两阶段非对称纳什‑主从博弈模型的跨区域水资源分配方法，包括：获取水资源分配的基本信息数据；构建上层领导者的模型；提出基于破产理论原理的改进下层追随者保守收益计算方法；提出综合考虑公平性、高效性原则的综合谈判权重确定方法；构建下层追随者的非对称纳什‑海萨尼谈判模型。本发明提出的考虑参与人间的优先级和直接间接交互作用的基于两阶段非对称纳什—主从博弈模型的跨区域水资源分配方法能提供合理可行的水资源分配结果，提出基于破产理论原理的改进参与人保守收益计算方法能保障下层追随者的基本需水要求，提出的谈判权重较好的均衡下层追随者之间的经济社会发展水平。

技术领域

本发明属于水资源可持续发展与管理(水资源系统规划与可持续利用)的技术领域，特别涉及一种基于两阶段非对称纳什-主从博弈的水资源分配方法。

背景技术

随着全球气候变化和人类社会经济的不断发展，水资源危机日益加剧，因争夺水资源使用权的跨区域水资源正逐渐成为世界范围内的普遍现象。如何有效的配置稀缺的水资源，缓解冲突，是目前专家学者们研究的热点问题。水资源分配作为水资源可持续发展与管理研究的重要内容，对保障生态环境基本用水需求，提高水资源综合利用效益，实现水资源分配的效率与公平具有重要的意义。由于跨区域之间的社会、经济和环境差异等因素，目前国际上对于跨区域水系的水资源分配并没有公认的标准。因此寻求一个各区域彼此均能接受的一种水资源分配方式，是亟待解决的技术。

目前水资源分配方法和模型较多，包括模拟方法、优化方法、博弈论、复杂适应系统等。水资源在开发利用过程中涉及到各个理性决策主体间的互动问题，以往的基于优化的水资源分配问题多考虑经济、社会、环境等多目标，将其概化为多目标决策问题，体现的是各理性决策主体间的间接互动，而忽略了各决策主体间的直接互动，从而导致基于优化模型实用性不强。而博弈论是研究各个理性决策主体在相互依存的情况下发生直接相互作用时的决策及均衡问题的理论。因此基于博弈论的水资源配置正好弥补了这方面不足，同时与只注重社会整体利益的传统水资源配置相比，利用博弈论研究水资源配置冲突问题，充分考虑到所有理性决策主体的行为影响，承认在水资源配置过程中各决策主体存在不同的利益诉求，可以在所有用水主体追求最大化收益的同时实现流域水资源的合理配置，得到的结论在水资源配置中具有更强的实践指导作用。基于博弈论的水资源配置比较常见的是纳什海萨尼谈判，然而在求解纳什海萨尼谈判解的过程中往往忽略了纳什谈判解保守收益的求解和各个决策主体的重要性程度差异。同时在水资源分配过程中多个决策主体没有优先级，并且忽略决策主体之间的直接相互作用。但是在实际的水资源分配过程中，通常是由决策主体为主导，其他决策主体根据主导决策主体做出相应的决策，从而不能合理的反映水资源分配结果。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种设计合理的基于两阶段非对称纳什-主从博弈的跨区域水资源分配方法。

主从关系的博弈为非合作博弈，研究的是博弈参与人没有达成有约束力的合作协议时，参与人之间如何通过理性行为的相互作用做出决策，强调的是个体理性，个体决策最优。非对称纳什—海萨尼谈判为合作博弈，考虑的是博弈参与人之间如何相互作用实现有约束力的合作协议，从而使整体效益最大化，强调的是集体理性。基于两阶段非对称纳什-主从博弈模型是非对称纳什-海萨尼谈判和主从关系的结合，综合考虑了个体与集体决策。本发明的目的在于，提出一种考虑个体与集体理性的基于两阶段非对称纳什-主从博弈模型的跨区域水资源分配方法，为决策者提供合理可行的水资源分配结果；提出基于破产理论原理的改进参与人保守收益计算方法，用于保障决策主体的基本需水要求；提出综合考虑公平性、高效性原则的综合谈判权重确定方法，用于均衡决策主体之间的经济社会发展水平。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于两阶段非对称纳什-主从博弈模型的跨区域水资源分配方法，包括以下步骤：

(1)获取水资源分配的基本信息数据，包括：博弈模型的参与人、各参与人的效益函数、总可分配水量和各参与人需水量，其中，博弈模型的参与人包括上层m个领导者和下层n个追随者；